H05F7 - Використання природних джерел електрики
Власники патенту RU 2366121:
Інститут проблем управління ім. В.А. Трапезникова РАН (RU)
Винахід відноситься до галузі приладобудування і може бути використано для перетворення природних джерел електрики. Технічний результат - розширення функціональних можливостей. Для досягнення даного результату в міру накопичення електрики до певної величини його за допомогою електрогідравлічних розрядників послідовно перетворюють в енергію пневматичної системи з підвищеним тиском. При досягненні певного тиску енергію пневмосистеми за допомогою вітрогенератора перетворять в електроенергію. 5 мул.
Винахід відноситься до галузі використання природних джерел електрики, присутнього в атмосфері, і може бути використано в будь-якій точці землі.
Недолік відомого способу полягає в тому, що виникають при перетворенні напруги можуть досягати великих величин, що пов'язане з небезпекою для життя. При цьому для реалізації отриманої електроенергії з великими напруженнями будуть потрібні спеціальні приймачі, ефективність яких невелика.
Відомий спосіб дозволяє оптимізувати положення пристрою прийому атмосферної електрики в просторі.
Відомий спосіб і засновані на ньому пристрої мають наступні недоліки.
1. Для використання накопиченої в конденсаторах електроенергії потрібен спеціальний і дорогий високовольтний перетворювач.
2. Використовувані в накопичувачах високовольтні конденсатори мають високу ціну і ненадійні.
3. Високовольтний накопичувач має обмеження по напрузі і при високих атмосферних напружених надлишок атмосферної енергії припадає марно проводити в землю через високовольтний розрядник.
Завданням винаходу є:
1. Створення способу для прийому атмосферної електрики, при якому отримується електроенергія використовується більш повно і надходить безпосередньо в промислову мережу або споживачеві зі стандартним напругою.
2. Скорочення кількості використовуваних в накопичувачі конденсаторів і зниження їх номінальної напруги.
3. Підвищення ККД перетворення атмосферної енергії в промислову.
Зазначена задача вирішується за рахунок того, що в способі перетворення атмосферної електрики, при якому його фіксують в накопичувачі, відповідно до винаходу, у міру накопичення електрики до певної величини його за допомогою електрогідравлічних розрядників послідовно перетворюють в енергію пневматичної системи з підвищеним тиском і при досягненні певного тиску енергію пневмосистеми за допомогою вітрогенератора перетворять в електроенергію.
Перетворення електрики в міру його накопичення до певної величини в енергію пневматичної системи з підвищеним тиском і при досягненні певного тиску перетворення енергії пневмосистеми за допомогою вітрогенератора в електроенергію дозволить забезпечити практично повну утилізацію атмосферної електрики зі стандартним напругою, відповідним напрузі промислової мережі.
Заявлений винахід ілюструється 5-ю фігурами.
На фіг.1 представлена принципова електрична схема пристрою перетворення атмосферної електрики.
На фіг.2 показана принципова конструкція електрогідравлічного розрядника.
На Фіг.3 зображено схема розташування датчиків положення штока електрогідравлічного розрядника.
На фіг.4 - принципова електрична схема включення блокувальних реле.
Фіг.5 демонструє пневматичний накопичувач і перетворювач високого тиску в електроенергію.
Пристрій для перетворення атмосферної електрики в електричну енергію виконано наступним чином. Через провідний канал - електропровід 1 (фіг.1) атмосферну електрику від аеростата (не показаний) підводиться до приймального високовольтного конденсатора 2. До зажимів конденсатора приєднаний ланцюг, що складається з розрядника 3, послідовно з яким включено кілька паралельно з'єднаних електрогідравлічних розрядників 4. У ланцюзі кожного розрядника є нормально відкритий контакт 5 блокувального реле. Електрогідравлічний розрядник складається з циліндра 6 (фіг.2), розташованого вертикально. Він розділений поршнем 7 на дві камери. Камера 8, розташована нижче поршня 7. Порожнина нижньої камери частково заповнена водою 9. У воду поміщені електроди 10, розділені проміжком. Нижня камера за допомогою гнучкого шланга 11 з'єднана з резервуаром (не показаний), заповненим водою. Верхня камера 12 циліндра 6 має кришку 13, яка з'єднана шлангом 14 з джерелом газу (не показаний). Шланг 14 забезпечений зворотним клапаном 15, який перешкоджає виходу газу з верхньої камери до джерела газу. У кришці 13 виконаний отвір 16 з сальником, через яке проходить шток 17 поршня 7. Поршень забезпечений пружиною стиснення 18, розташованої уздовж штока між кришкою 11 і верхньою поверхнею поршня. У кришці 11 є також отвір 19, яке шлангом 20 пов'язане з загальним тубопроводом (не показаний). У шлангу 20 є зворотний клапан 21, що перешкоджає перетіканню газу з приймальні ємності (не показана) в верхню камеру 12. Усередині циліндра 6 є наполеглива шайба 22, виконана з пружного матеріалу, розташована у верхній частині і примикає до кришки 13. Вище рівня води 9 всередині циліндра є також обмежувальна шайба 23, що перешкоджає руху поршня 17 нижче певного рівня.
Кожен електрогідравлічний розрядник 4 забезпечений датчиком положення поршня 17. На Фіг.3 показаний оптичний датчик, що складається з лазерного випромінювача 24, встановленого на стійці 25, і фотоприймача 24 ', встановленого на стійці 26. Луч від випромінювача 24 проходить над верхнім краєм штока 17 і сприймається фотоприймачем 24 ', коли шток знаходиться в спокійному стані.
Нормально відкриті контакти 27 датчиків положення знаходяться в ланцюзі харчування котушок реле 5 (фіг.4).
Вихідні кінці шлангів 20 з'єднані із загальним шлангом 28 (фіг.5), сполученим з приймальною камерою 29 високого тиску. У шлангу 28 перед входом в приймальню камеру 29 є додатковий зворотний клапан 30. На виході приймальної камери високого тиску є газовий редуктор (не показаний), зчленований з живильним шлангом 31. У шлангу 31 встановлений електрокерований клапан 32. Приймальна камера 29 забезпечена манометром 33, мають електричну зв'язок з клапаном 32. На виході напруги шланга 31 встановлений перетворювач енергії повітряного потоку в електричну енергію, що складається з турбіни 34 і електричного генератора 35.
Пристрій для перетворення атмосферної електрики в електроенергію діє таким чином. Електричний заряд, наявний в атмосфері, по проводить каналу 1 підводиться до конденсатору 2. При досягненні певної величини напруги на конденсаторі відбувається пробій розрядника 3 і виникає розряд між електродами 10. В результаті в одному з циліндрів 6 створюється електрогідравлічний удар, що володіє великою енергією. Під впливом ударної хвилі поршень 17 рухається вгору, долаючи опір газу в камері 12 і протидію пружини 18. При цьому поршень витісняє повітря з верхньої камери 12 циліндра 6 в трубопровід 20. З трубопроводу 20 повітря надходить приймальню камеру 29. При цьому напруга в конденсаторі 2 снижется. У міру накопичення заряду в конденсаторі 2 відбувається черговий пробою і процес повторюється. При досягненні певного тиску в камері 29 по сигналу манометра 33 відкривається клапан 32 і стиснене повітря надходить на повітряну турбіну 34, яка приводить в обертання ротор генератора 35. Однак при наявності грозовий хмарності, коли напруга в атмосфері близько до виникнення блискавок, при сильних поривах вітру аеростат, прикріплений до електропроводу 1, може швидко рухатися до грозовому хмарі. В цьому випадку заряд конденсатора 2 може досягати граничних значень за короткий період часу. Справді, відомо, що значення напруженості грозового розряду доходить до 1500 кВ. Темп наростання напруженості іноді перевищує 600 кВ / с.
Через інерції механічної частини електрогідравлічного розрядника він здатний перетворити напругу з градієнтом не більше 100 кВ / с. Для того щоб забезпечити повну утилізацію великої кількості атмосферної електрики, необхідно, щоб перетворення енергії відбувалося зі швидкістю, в кілька разів перевищує можливості одного електрогідравлічного розрядника. Це досягається наступним чином. При спрацьовуванні одного з розрядників 4 його шток 17, рухаючись вгору, перекриє промінь відповідного лазерного випромінювача 24. Тоді на його приймач 24 'сигнал вступить. Нормально відкритий контакт 26 розриває ланцюг відповідної котушки реле 5. Нормально відкритий контакт останнього розриває ланцюг харчування спрацював розрядника, попереджаючи передчасну подачу напруги на його електроди. Тому при швидкій зарядці конденсатора 2 відбувається пробій напруги розрядника 3 і підведення напруги до одного з наступних електрогідравлічних розрядників 4. Час востановления режиму очікування кожного з спрацювали розрядників становить 0,1-0,5 с. Отже, кількість їх повинно бути таким, щоб встигнути повністю сприйняти швидко наростаючу хвилю атмосферної електрики. За попереднім розрахунком загальне число електрогідравлічних розрядників становить 10-12 шт.
Таким чином, спосіб перетворення атмосферної електрики полягає в наступному. У міру накопичення електрики до певної величини його за допомогою електрогідравлічних розрядників послідовно перетворюють в енергію пневматичної системи з підвищеним тиском. При досягненні певного тиску енергію пневмосистеми за допомогою вітрогенератора перетворять в електроенергію.
За розрахунками сумарний ККД перетворення досягає 60%. Пристрій електрогідравлічного розрядника щодо просте. На виході генератора 35 можна отримати будь-яке потрібне напруження, в тому числі і стандартне. Передбачуваний спосіб здатний повністю перетворити атмосферну енергію в електричну. При цьому вдається уникнути руйнівного впливу грозових розрядів на навколишнє середовище в районі дії пропонованої установки.
Спосіб перетворення атмосферної електрики в електричну енергію, при якому його фіксують в накопичувачі, що відрізняється тим, що в міру накопичення електрики до певної величини його за допомогою електрогідравлічних розрядників послідовно перетворюють в енергію пневматичної системи з підвищеним тиском і при досягненні певного тиску енергію пневмосистеми за допомогою вітрогенератора перетворять в електроенергію.