“Salus populi suprema lex est”
Международное общественное объединение

1872 - 2017

Russian Physical Society, International

Международное общественное объединение Русское Физическое Общество (сокращённо – РусФО, RusPhS) - добровольное объединение учёных, инженерно-технической интеллигенции, изобретателей, предпринимателей для совместной интеллектуальной и научно-практической деятельности в области естествознания, - науки о природе.
Научная цель: построение единой физической картины мира и поиск основной целевой функции человечества.

Заев Н.Е. Емкостной конвертор тепла среды в электроэнергию (Патент РФ)


Емкостной конвертор тепла среды в электроэнергию

Н.Е. Заев

 


Патент Российской Федерации RU2227947

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 ёмкость с нелинейным диэлектриком, в качестве которого используют органический пироэлектрический диэлектрик с сегнетоэлектрической поляризацией, способный в цикле заряд и разряд увеличивать проницаемость от ε0 ~ 1,2 до εv ~ 8 в переменном поле Е так, что εv0 >> 1, обеспечивая тем самым φ >1, где φ = Wp/Wз > 1, Wp - мощность при разряде, W3 - мощность при заряде. Техническим результатом изобретения является увеличение удельных весовых и объёмных характеристик.


Описание изобретения


Использование: емкостной конвертор тепла среды в электроэнергию (С-кэссор (кэссор - аббревиатура Конвертор Энергии Среды)) - автономный генератор электроэнергии для всех потребителей её, 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" (далее - "ЗР") специальных - нелинейных диэлектриков - конденсаторов с частотой f. Конденсаторы объединены в батареи путём параллельного и последовательного соединения. Частота f циклов "ЗР" зависит от ёмкости Сз батареи при "Зарядке" и Ср 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" - Wp - больше потребляемой мощности W, при "З"; отношение
φ = Wр/Wз ~ 1,3÷1,4. Эта генерируемая мощность ∆W=Wp - Wз ~ (0,3÷0,4)·Wз 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 объёмную генерируемую мощность vWуд = ∆W/объём ~ 2,1 кВт/м3 и удельную весовую генерируемую мощность mWуд=0,442 кВт/т. 


Примечание. Расчёт по данным из [1, 2]: единичная ёмкость конденсатора-вариконда ВК2Б 0,15 μF, D=26 мм, h=10 мм, объём 3,714 см3, плотность 4,7 г/см3, вес~18 г. При V = 55 Вольт, f=100 Гц, Сn=33 μF (220 варикондов параллельно) коэффициент нелинейности К ~ 6 (С55=Сn·6). Вес батареи 3960 г, объём 836 см3. При 96 Вольт К = 12. При 55 Вольт в ВК2Б плотность энергии объёмная vАуд ≈ 0,366•10-3 Дж/см3 и mАуд ~ 0,075•10-3 Дж/г. Для сравнения - в плёнке ПЭТФ (лавсан) mАуд ~ 2 Дж/г [3].

 

Задачей изобретения является создание С-кэссора с более высокими удельными объёмными 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 плёнок, как промышленный продукт, на сегодня доступны поливинилоденфторид (ПВДФ) и сополимеры винилоденфторида с трифторэтиленом и тетрафторэтиленом. По данным каталога фирмы Kureha (Япония) её ПВДФ-плёнка типа КF имеет плотность 1,8 г/см3, эл. прочность ~700 кВ/мм (на плёнке толщиной 25μм), ε = 11÷10,7 при 60÷1000 Гц переменного тока.
Исследованиями последних лет установлена зависимость ε(Е), возникающая вследствие сегнетоэлектрической поляризации в указанных веществах. Для ПВДФ поле Е напряжённостью 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, то есть εv0 >> 1 раз, в зависимости от частоты и уровня Е, обеспечивая тем самым φ > 1.

Преимущества С-кэссора с новыми диэлектриками видны из нижеследующего примера.
Пример. С-кэссор, батарея из конденсаторов, соединённых в блоки параллельно "n" штук (одинаковой Сn), а в батарее "N" блоков, соединённых последовательно или параллельно, исходя из условий зарядки или особенностей нагрузки при разрядке. Каждый из n конденсаторов имеет номинальную ёмкость, например, 0,15 μF, диэлектрик - плёнка KF (ПВДФ) толщиной 9•10-3 мм. При V = 750 Вольт, К = 6, его ёмкость 0,9 μF и в нём Е = 83 кВ/мм. Площадь плёнки S=142•10-3 см2, вес её - 0,23 г. Энергия в нём
(7502•0,15•10-6•6)/2 = 253,122•10-3 Дж, так что mАуд ≈ 1,1 Дж/г и  vАуд ≈ 2 Дж/см3.

По удельной плотности энергии ёмкость с ПВДФ превосходит ВК2Б примерно в тысячу раз.
Если n = 220, то в блоке Сn = 33•10-6 F и в нём диэлектрика 50,6 г. По данным [3] ориентировочно объём единичного конденсатора с выбранной плёнкой (на 750 В) 2,5÷3 см3, всей батареи - 660 см3, и вес её 1320 г, если плотность на уровне 2 г/см3. Этот блок втрое легче прототипа, а по объёму - на ~ 40% меньше.

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

 

vWуд = (250,122•10-3•100•0,35•220)/(660•10-6) = 2915 кВт/м3;


и на единицу массы:


mWуд = (250,122•10-3•100•0,35•220)/(1320•10-6) = 1459 кВт/т.


То есть по объёмной 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 Uз по зависимости, близкой к экспоненте:

 

Uз = A•Um•exp((t/α•R•C) + 1) ≈ A•Um ×× (2,5 + (2t/α•R•C) + (t2/2α2•R2•C2) ...),

 

где t - время, Um - нужное напряжение на ёмкости в конце зарядки, A•Um ~ начальное напряжение зарядки, α - безразмерное отношение допустимых потерь к энергии заряженной ёмкости. Поскольку в момент окончания зарядки t = α•R•C•(ln (1/A) -1), то при практически приемлемых α и А~0,01÷0,005, t максимально при α = 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 Uз(t) видно, что при столь малых t возможно возрастание Uз; и по синусоиде (0 - π/2) - даже линейный рост снизит потери энергии на зарядку. Устройства генерации энергии зарядки емкостей с Uз(t) по разным законам описаны в [6] без выделения предпочтительных Uз(t).

 

Литература


1. Заев Н.Е., Спиридонов Ю.С. Ёмкость - 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. Плёночные 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 плёночной пропитанной изоляции энергоёмких конденсаторов. / Электротехника, 1998, ?5, С.1-4.
6. Громовенко А.В., Опре В.М., Фёдоров 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 ёмкость с нелинейным диэлектриком, заряжаемую и разряжаемую циклами "ЗР" с частотой f Герц и отдающую при разрядке конверсионную энергию величиной φ > 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 ε0 ~ 1,2 до εv ~ 8 в переменном поле Е так, что εv0 >> 1, обеспечивая тем самым φ > 1, где φ = Wp/Wз > 1, где Wp - мощность при разряде, W3 - мощность при зарядке.

2. Емкостной конвертор по п.1, отличающийся тем, что напряжённость 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 φ = 1,3÷1,4 достигает при зарядном напряжении U3:

Uз = A•Um•exp((t/α•R•C) + 1) ≈ A•Um ×× (2,5 + (2t/α•R•C) + (t2/2α2•R2•C2) ...),

если Um - максимальное напряжение на ёмкости, R - сопротивление цепи зарядки, t - время, А, α - безразмерные коэффициенты 0,01÷0,005, длительность полной зарядки:

t = α•R•C•(ln (1/A) - 1) ≥ 0,005 с.


Дата публикации 13.01.2007г

« назад

ЖРФМ, 2016, № 1-12 (ЖРФХО, Т. 88, вып. № 4)
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 88, Выпуск № 3 (2016г.)
Шпеньков Г.П. Динамическая модель элементарных частиц. Видео лекция
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 88, Выпуск № 2 (2016г.)
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 88, Выпуск № 1 (2016г.)
Журнал
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 87, Выпуск № 3 (2015г.)
Журнал Русской Физической Мысли, 2015, № 1-12
Журнал Русского Физико-Химического Общества, Том № 87, Выпуск № 2 (2015г.)
Журнал Русского Физико-Химического Общества ЖРФХО, Том 87, Выпуск № 1 (2015г.)
Энциклопедия Русской Мысли. Том 24
Энциклопедия Русской Мысли. Том 23
Энциклопедия Русской Мысли. Том 22
Энциклопедия Русской Мысли. Том 21
Армянская секция Русского Физического Общества
Энциклопедия Русской мысли. Том 20
Энциклопедия Русской мысли. Том 19
Энциклопедия русской Мысли. Том 18
Энциклопедия русской Мысли. Том 16
Энциклопедия русской Мысли. Том 15
Энциклопедия Русской Мысли. Том 14
Энциклопедия Русской Мысли. Том XIII
Украинская секция Русского Физического Общества
Санкт-Петербургская секция Русского Физического Общества
Иркутская секция Русского Физического Общества
Новосибирская секция Русского Физического Общества
Катрен 12. ГМО - ГЕНОФАШИЗМ
Водородное топливо Юрия Краснова
Алиев А.С. Российская астрономия. Часть 2. - 2011г.
Жигалов В.А. Уничтожение торсинных исследований в России
ЭРМ 12: Колесников И.В. Природа глобальных катаклизмов. - 2010 г.
Алиев А.С. Российская астрономия. - 2010 г.
Открытое Заявление Президента Русского Физического Общества Родионова В.Г. Президенту Российской Федерации Медведеву Д.А.
ЭРМ 11: Оше А.И. Поиск единства законов природы (Инварианты в природе и их природа). - 2010 г.
ЭРМ 10: Петракович Г.Н. Биополе без тайн. Сборник научных работ. - 2009 г.
ЭРМ 1: Гриневич Г.С. Праславянская письменность. Результаты дешифровки. Том 1. - 1993 г.
ЭРМ 6: Хачатуров Е.Н. Элиминация значительной части ДНК... - 1995 г.
ЭРМ 3: Иванов Ю.Н., Иванова Н.М. Жизнь по интуиции. - 1994 г.
ЭРМ 4: Гудзь-Марков А.В. Индоевропейская история Евразии. Происхождение славянского мира. - 1994 г.
Два открытия
Официальный доклад Аполлон-11. Лунные карты составлены безграмотно
Ральф Рене. Как NASA показало Америке Луну
НЛО: соседи по Солнцу.16.05.2011
Бутусов. Раджа Солнце. Глория. 9.01.2012
Катрен 18. Технология спаивания
Фильм С. Веретенникова
Энциклопедия русской Мысли. Том 17

Ссылки:

rodionov@rusphysics.ru - ПОЧТОВЫЙ ЯЩИК РЕДАКЦИИ ЖУРНАЛА "ЖУРНАЛ РУССКОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ МЫСЛИ"
Главный редактор Родионов В.Г.
Денежные пожертвования направлять в Сбербанк РФ на карточку № 63900240 9014875013.


Rambler's Top100