УСТРОЙСТВО УТИЛИЗАЦИИ И ПОЛЕЗНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Полезная модель относится к устройствам утилизации и полезного использования природного электричества.
Наиболее близким аналогом того же назначения по совокупности существенных признаков является устройство молниеотвода, содержащее молниеиприемник, опоры, токоотвод и заземлитель(прототип-устройство молниеотвода в кн. Базелян Э.М. и др. книга "Физические и инженерные основы молниезащиты". - Л.: Гидрометеоиздат, 1978, с.12-20).
В данном известном устройстве опоры служат для крепления всех других элементов молниеотвода. Металлические опоры должны быть предохранены от коррозии, деревянные - от гниения.
В качестве опор допускается использовать также здания, сооружения и деревья. Молниеприемники предназначены для прямого восприятия удара молнии. Токоотводы служат для соединения молниеприемника с заземлителем и проложены кратчайшим путем к заземлителю. Заземлитель служит для отвода тока электрической молнии в землю. Однако данное устройство не позволяет полезно использовать энергию молнии и возобновляемое природное электричество из атмосферы и не позволяет управлять выработанной от него полезной электрической мощностью.
Цель технического решения в предлагаемой полезной модели устройства заключается в расширении полезных функций известных устройств молниезащиты путем управляемой утилизации и полезного использовании возобновляемого природного электричества, в полезной электрической нагрузке, причем с сохранением его полезной функции молниезащиты в случае грозы.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в прототипе нет концентратора электрических зарядов атмосферы и раздельных электрических цепей для протекания выделенной молнии и атмосферного электричества через полезную нагрузку, нет ионизатора воздуха, нет развитой металлической зарядосборной поверхности и нет цепи для электрической нагрузки, нет электрического разрядника.
Технический результат достигается в предлагаемой полезной модели тем, что известное устройство молниеотвода, содержащее молниеиприемник, опоры для его закрепления, и токоотвод, электрически соединенный с молниеприемником, а также электрически
соединенный с ними заземлитель, размещенный в грунте, дополнено электрическим концентратором и накопителем природного электричества выполнено в виде зарядосборного устройства с изменяемой по площади электропроводящей поверхностью, соединенного подвижным вертикальным металлическим проводником, имеющим внешнюю электрическую изоляцию, электрически с молниеприемником, механически размещенным через электроизолятор в опоре, причем в токоотвод введен электрический разрядник, с масляным наполнением, параллельно которому присоединена полезная электрическая нагрузка, причем заземлитель конструктивно совмещен с электротепловым накопителем энергии природного электричества, и выполнен в виде металлической емкости определенных размеров с расплавом теплоаккумулирующего электропроводного вещества, определенной массы, помещенной в грунт, по условию эффективного растекания в грунте выделенного из атмосферы в устройстве полезного электрического тока природного электричества, концентратор и накопитель природного электричества конструктивно объединены и выполнены в виде высоковольтного конденсатора, присоединенного параллельно электрическому разряднику, а зарядосборная электропроводная поверхность снабжена игольчатой поверхностью и устройством изменения ее площади и дополнительным управляемым ионизатором атмосферы, размещенного сверху нее, причем в качестве ионизатора используют ионизирующие вещества и высоковольтные устройства.
Например, в качестве активных ионизаторов могут быть использованы ультрафиолетовые лампы, микроволновые и высоковольтные генераторы электрических управляемых импульсов, управляемые высоковольтные трансформаторы Тесла, устройства взрывной электронной эмиссии и прочее. Принцип работы направленного электрического ионизатора атмосферы состоит в том, что Ионизатор использует градиент поля, существующего между облаком и почвой. Он создает серию импульсов высокого напряжения, благодаря использованию индукционного усилителя. Ионизаторы полностью автономны и не требуют технического обслуживания.
Описание устройства в статике
На рис.1 изображено в упрощенном виде один из вариантов устройства, реализующее данную полезную модель. Устройство полезной модели содержит зарядосборное устройство 1, выполненное в данном варианте в виде надувного шара 1 с металлизированным покрытием, выполняющим функцию концентратора и зарядосборного электроприемника электрических зарядов природного электричества 16, и ионизатор 2, снаружи этого зарядосборного металлизированного снаружи шара 1,
поднятого над поверхностью Земли 14, на высоту H1, на подвижном электроде 3, выполненного в виде привязного прочного регулируемого по высоте троса 3, длиной Н2, и конструктивно совмещенным внутри с внутренним гибким электропроводящим кабелем 4 с внешней электроизоляцией (не показана), электрически и механически присоединенным к молниеприемнику 5, соединенного с высоковольтным электрическим масляного разрядником 6, с калиброванным зазором между разрядными наконечниками, с его выходом, электрически присоединенного через токоотвод 7 к металлическому заземлителю 8, конструктивного объединенного с накопителем тепловой энергии, выполненного, например, в виде полого толстостенного металлического шара, заполненного электропроводящим теплоаккумулирующим веществом 21(расплавом специальной соли), электрически и механически соединенного с металлическим сплошным шаровым электродом 20, с игольчатой поверхностью, внутри шара 8, с соответствующими размерами и размещенного на требуемой глубине грунтовой почвы 17, по условию гарантированного растекания утилизированного природного электричества и электрической молнии, причем нижний конец регулируемого по длине удерживающего шар 1 прочного троса 3, через лебедку(не показана) механически и надежно присоединен к металлической опоре 9, содержащей сверху электроизолятор 10 для пропускания электрического кабеля 4, причем параллельно электрическому разряднику 6 присоединен накопитель электрической энергии 19 в виде высоковольтного электрического конденсатора, параллельно которому присоединена и электрическая нагрузка 13. Причем электрического присоединение электрической нагрузки 13 осуществляется через нижний конец центрального провода гибкого электрического кабеля 4, который электрически присоединен через быстродействующий выключатель 11 и через электронный преобразователь напряжения 12 к полезной электрической нагрузке 13. Ионизатор 2 размещен возле зарядосборной поверхности 1 - концентратора природного электричества 16. Пунктирными стрелками на рис.1 показано ионизирующее излучение в атмосферу ионизатора 2, а синими стрелками движение положительных электрических зарядов природного электричества 16 из окружающей атмосферы к шару и далее, через зарядосборную металлизированную поверхность шара 1, по электрическому кабелю 4 и через блоки 11, 12 в электрическую нагрузку 13 и далее, через токоотвод 5 в заземлитель 8.
Описание работы устройства в режиме утилизации и полезного использования природного электричества.
Устройство полезной модели в нормальном штатном режиме утилизации и полезного использования природного электричества работает следующим образом. Вначале
поднимают зарядосборное устройство 1, в данном случае шар 1 на подвижном вертикальном электроде 3, в данном случае, регулируемом по высоте тросе 3 на требуемую высоту и включают ионизатор 2 на режим, достаточный для обеспечения сбора и утилизации требуемого количества природного электричества 16 из атмосферы по условиям требуемой выработки этим устройством требуемой полезной электрической мощности в нагрузке 13. Ионизатор 2 благодаря своему ионизирующему изучению (оно показано пунктирными стрелками 15) вокруг шара 1 значительно повышает электропроводность атмосферы вокруг металлизированной наружной поверхности шара 1 и интенсифицирует ионизацию атмосферы вокруг шара 1 и тем самым ускоряет приток электрических зарядов из атмосферы на поверхность шара 1. Этим самым существенно повышается электрический ток из атмосферы на электропроводную поверхность шара 1, которая вначале имеет нулевой электрической потенциал Земли (17). Вследствие наличия естественной электрической напряженности электрического поля Земли (порядка 130 в/м), на этой высоте шара 1 высота Н2 электрический потенциал относительно намного выше потенциала. Поэтому из атмосферы на этой высоте возникает электрический ток 18, природного электричества 16, который заряжает электропроводную поверхность шара положительным электрическим зарядом. Если нагрузка 13 не будет включена, то через какое то время электрический ток зарядки поверхности шара прекратится. При электрическом подключении ключом 11 накопленного электрического заряда шара к электрической нагрузке 13 возникает электрический тока разрядки шара, который, согласно закону движения тока по линии наименьшего сопротивления, пытается выровнять электрические потенциалы шара и Земли движется по кабелю 4 к Земле и старается выровнять электрические потенциалы на концах кабеля 4. Но поскольку природный электрический потенциал атмосферного электричества, на высоте подъема шара 1, обусловленный электрическим полем Земли, всегда выше электрического потенциала земли, то на электропроводную поверхность шара 1, снова начинают поступать новые электрические заряды природного электричества 16 с атмосферы на шар 1, и далее снова с него этот электрически ток 18 природных возобновляемых зарядов с шара далее продолжает непрерывно стекает по электрическому кабелю 4, электрически соединенного с металлизированной электропроводящей поверхностью шара 1, в полезную электрическую нагрузку 13 и далее через металлическую поверхность заземлителя 8 и его внутренний шаровый электрод 20, нагревая теплоаккумулирующее электропроводящее вещество 21 внутри полого шара 8. Таким образом, это простое устройство отбора природного электричества из атмосферы продолжает сколь угодно долго свою автономную полезную работу в режиме утилизации
энергии природного электричества и преобразования ее в полезную электроэнергию и тепловую энергию.
Поскольку молниепримник 5 - выполненный в данном устройстве по конструкции как электрический разрядник 5 в этом нормальном режиме работы устройства разъединен от токоприемника 7, то электрический ток 18 с электропроводящей оболочки зарядосборного шара 1 замыкается по иной электрической цепи в нагрузку 13, предварительно заряжая накопитель электрической энергии 19, электрический конденсатор, присоединенный параллельно электрическому разряднику 6.
Конкретно, электрический ток 18 природного электричества 16 протекает от ионизированной атмосферы на шар 1, и далее с шара 1 по кабелю 4 и потом от нижнего конца электрического кабеля 4 через включенный электрический выключатель 11, преобразователь 12 и полезную электрическую нагрузку 13, далее на токоотвод 7 и далее на заземлитель 8 и его электрод 20 и электропроводящий расплав 21 в токопроводящий грунт 17. Регулирование полезной электрической мощности в постоянной по величине электрической нагрузке 13 и тепловой энергии в сферическом металлическом накопителе - заземлителе 8 достигается изменением площади зарядосборной поверхности 1, высоты подъема шара 1, изменением длины троса 3, а также изменением электропроводности атмосферы вокруг шара 1, достигаемого изменением режима ионизатора 2.
Оценка эффективности выработки полезной электроэнергии устройством с заданными согласованными параметрами в нагрузке 13. Проведем ориентировочную количественную оценку получаемой полезной электроэнергии от этого устройства при следующих базовых конструктивных параметрах устройства: радиус шара 3 м, высота его подъема Н2=20м, напряженность электрического поля Земли порядка 130 в/м, электропроводность атмосферы к1 обеспечивается ионизатором 2 вокруг шара примерно 0,001(ом -1 м-1). Для простоты ориентировочного расчета сопротивление подводящих проводов и потерями на работу ионизатора пренебрегаем.
Величина напряжения - эл. потенциала зарядосборной поверхности шара относительно поверхности Земли рассчитывается по формуле U=Е×Н.
∧
Это напряжение зарядосборной поверхности 1 (шара) на высоте 20 м относительно Земли составит величину, равную 13020=2600 вольт. Площадь поверхности шара S равна 4ПИR2 и составит при радиусе 3 метра S=12,49 и примерно 110 м2.
Ток на зарядосборную поверхность шара из ионизированной атмосферы вычисляется по формуле I=к1ES=0,001130110=14,3 а
Выработанная электрическая мощность Н устройством равна Р=UI.
Подставляя цифры, получаем величину полезной эл. мощности от природного электричества, поступающей от природного электричества на поверхность шара при данных размерах шара, его высоты подъема и электропроводности атмосферы вокруг шара, равна примерно 33 квт.
Для полного использования данной полезной мощности суммарное сопротивление рабочего контура вместе с нагрузкой должно составлять величины в Омах, равную
R-U/I=2300/14,3=161oм.
Вывод: Расчеты показывают на эффективность данного устройства и на то, что при заданных его конструктивных параметрах, полученной от природного электричества посредством этого относительно устройства электрической мощности в электрической приведенной нагрузке 13 вполне хватит на электроснабжение двух-трех коттеджей, даже с теплоснабжением их посредством электрообогревателей в зимнее время.
Аномальный режим работы устройства в качестве молниеотвода.
Устройство данной полезной модели в режиме молниезащиты и с использованием ее в качестве молниеотвода в случае грозы работает следующим образом:
Зарядосборное устройство 1, в данном варианте надувной шар 1, для обеспечения его сохранности при порывах ветра перед наступлением грозы опускают лебедкой (не показана) на более низкую высоту путем регулирования длины троса 3. И накрывают дополнительной металлической прочной поверхностью. Перед грозой автоматически отключают электрическую нагрузку 13 выключателем 11 от кабеля 4. Напряженность электрического поля в зоне грозы значительно возрастает и между наконечниками 6 разрядника 7 возникает электрическая корона. Еще до наступления молнии. Молниепримник 5 воспринимает на себя в случае попадания в него - грозовую молнию, и через электрический разрядник 6 между его наконечниками электрически пробивает калиброванный зазор между ними и электрический разряд молнии уходит далее через этот разрядник напрямую через токоотвод 7 в заземлитель 8, который, являясь накопителем тепловой энергии, при этом электрический ток молнии нагревает электротепловой аккумулятор, и далее этот ток разрядки молнии растекается от заземлителя 8 в электропроводящий грунт 17 почвы. После прохождения молнии грозы, разрядник 6 автоматически размыкается, и далее электрический ток 18 от природного атмосферного электричества 16 снова идет через полезную электрическую нагрузку 13 и через заземлитель - электротепловой аккумулятор 8, и частично в шаровой сплошной металлический электрод 20, с игольчатой поверхностью(не показана),и далее проходит
через электропроводящее теплоаккумулирующее вещество 21, в грунт, нагревая при этом данный этот расплав соли.
Вполне понятно, что запасенную тепловую энергию теплоаккумулирующего накопителя - заземлителя 8 можно полезно использовать например, путем отвода запасаемого тепла от конструкции молниеотвода 8 тепловыми насосами, выполненными например в виде тепловых труб, выведенных в зону обогрева помещений. Таким образом, поставленная цель технического решения достигнута, поскольку предлагаемая полезная модель устройства утилизации и полезного использования природного электричества работоспособна в обоих режимах и выполняет обе полезные функции, заявленные в цели изобретения.