NO309833B1 - FremgangsmÕte og anordning for regenerering av spenningskilder i form av primærelementer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for regenerering av spenningskilder i form av primærelementer ved hjelp av tilført elektrisk energi i form av spenningsimpulser, og en innretning til å gjennomføre en slik fremgangsmåte med.

Primærelementer hhv. spenningskilder kan man ikke lenger tenke seg å være foruten i det daglige liv, og de blir brukt i de forskjelligste apparater, innretninger og annet utstyr for å tjene som elektrisk spenningskilde til å drive disse apparater, innretninger og annet utstyr. Primærspenningskilder av dette slaget er eksempelvis mangan-, alkali, sink- karbon- eller andre elementer, som alle utmerker seg med at de etter en bestemt driftsperiode har en så lav spenning over polene, at en drift etter forutsetningene for den tilkoplede forbrukeren ikke er mulig.

I takt med den synkende utgangsspenningen, på grunn av elektrokjemiske forandringer i det indre av slike elementer blir det en forandring av den indre motstanden i elementene, slik at også ytelsen til elementene avtar parallelt med den faktiske spenningen. Eksempelvis håret primærelement i ubelastet tilstand en spenning på 1,5 V. Et element av dette slaget blir ansett som utbrukt når spenningen er sunket til ca. 1 V til 1,2 V.

Som regel blir slike utbrukte elementer mange ganger tankeløst fjernet med det normale husholdnings- eller industriavfallet, noe som på grunn av den material-messige og kjemiske sammensetningen av bestanddelene i slike elementer fra et miljøvernmessig synspunkt i høy grad er betenkelig hhv. farlig. Riktignok blir i sen-ere tid slike brukte elementer samlet inn på spesielle oppsamlingssteder og under-lagt en kontrollert vurdering av deres bestanddeler, men for det meste blir et element ansett som oppbrukt, som beskrevet ovenfor, når det har nådd en nedre spen-ningsgrense på fra 1 V til 1,2 V, men bestanddelene i elementet er egentlig ennå helt intakt.

Der må man passe på, at spenningen som forandrer seg ved bruken av elementet og den reduksjonen i evnen til avgi strøm som følge av dette i og for seg bare blir bestemt av de reaksjonene som finner sted i elementets indre i den tiden det er i bruk.

Det har vært gjort forskjellige forsøk hhv. brukt forskjellige fremgangsmåter for igjen å opparbeide primærspenningskilder som i henhold til den foregående be-skrivelsen må anses å være utbrukt, med det mål at disse igjen blir brukbare til, i ennå en tid å gjøre en på forhånd bestemt innsats. Alle til nå kjente fremgangsmåter har dessverre den ulempen, at de ikke eller bare på en svært ufullstendig måte muliggjør en regenerering.

EP-A-0 047 187 beskriver en batteri-reaktivator for primærspenningskilden som anvender ufiltrert likerettet vekselstrøm.

EP-A-0 135 275 angår en batteri-reaktivator for primærspenningskilden som benytter dempede resonans-svingninger.

Oppgaven for den foreliggende oppfinnelsen er derfor å lage en fremgangsmåte og en innretning av den art, som ble nevnt i innledningen, som gjør det mulig å regenerere primærspenningskilder på en måte, slik at ytelsen blir nesten som for ubenyttede ubrukte primærspenningskilder, hvor fremgangsmåten og innretningen skal være enkel og rimelig å realisere hhv. mulig å fremstille, slik at den også til lave fremstillingsomkostninger kan finne anvendelse i stor målestokk.

Oppgaven blir i henhold til fremgangsmåten løst ved at spenningskilden, som skal regenereres, i et forutbestemt tidsintervall blir behandlet med pålagte i det vesentlige periodiske spenningsimpulser med forutbestemt fastlagt amplitude og forutbestemt fastlagt impulslengde. Foretrukkede utførelsesmåter av fremgangsmåten er angitt i de uselvstendige kravene 2-5.

Fordelen med fremgangsmåten, som angår oppfinnelsen består vesentlig i at primærspenningskilden virkelig lar seg regenerere slik at det som tilsiktet, oppnås en ytelse nær den som hittil bare kunne oppnås med ubenyttede, ubrukte primærspenningskilder. Fremgangsmåten, som angår oppfinnelsen har dessuten den fordelen, at det også er mulig å regenerere primærspenningskilden flere ganger etter flere gangers utladning, hvor etter hver regenerering tilnærmet den opprinnelige ytelsen igjen kan oppnås. Ved fremgangsmåten blir dessuten det fordelaktig oppnådd, at foruten en innsparing av råstoffer blir også problemet med fjerning av avfall redusert og primærspenningskilden må fjernes først etter mange gangers regenerering, når det blir observert en ødeleggelse av primærkilden som ikke lenger kan re-pareres.

Ved en fordelaktig utforming av fremgangsmåten er spenningsimpulsene slik formet at de har en kort stigetid hhv. kort falltid, dvs. at det dreier seg om rettflankede spenningsimpulser, som bidrar til å øke regenereringseffekten vesentlig.

Lengden av impulsene mest fordelaktig befinner seg mellom 10'<3> s og

2 x 10 3 s, hvor impulslengden er variabel avhengig av elementet som skal regenereres, og som også kan innstilles avhengig av andre parametere.

Fordelaktig er det at også frekvensen for spenningsimpulsene kan variere og eksempelvis med fordel velges til å ligge i området fra 2 til 200 Hz.

Fordelaktig kan til slutt også regenereringsstrømmen for eksempel innstilles til å ligge i området fra 5 x 10"<2> A til 15 A. Derved er det mulig å innstille regenere-ringsstrømmen fast i dette området, dvs. med konstant pulserende strøm og spenningsamplitude som forandrer seg avhengig av regenereringstilstanden til primærspenningskilden som skal regenereres, men det er også med fordel mulig å la rege-nereringsstrømmen, avhengig av den indre motstanden i spenningskilden som skal regenereres, innstille seg av seg selv med forutbestemt spenningsimpulser med amplitude fastsatt på forhånd.

I et annet aspekt angår oppfinnelsen en innretning for regenerering av spenningskilder i form av primærelementer ved hjelp av elektrisk energi tilført for å utføre fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, idet innretningen er kjennetegnet ved en lav-ohmig likespenningskilde, hvis likespenningssignal mates til en taktstyrt koplingsinnretning hvis takt er bevirket av en taktgenerator og kjennetegnet ved et tidselement slik at regenereringsprosedyren kan finne sted i et forutbestemt tidsintervall, hvorved utgangen til koplingsinnretningen, hvis utgang tilfører en spenningsimpulssekvens med fast amplitude, kort stigetid og forutbestemt fast pulslengde, kan forbindes til én pol til spenningskilden for regenerering av den siste.

Foretrukkede utførelsesformer av innretningen er angitt i kravene 7-9.

En innretning til regenerering av spenningskilder i form av primærspenningskilder, ved hjelp av tilført elektrisk energi i form av likespenning er karakterisert ved en lav-ohmig likespenningskilde, hvor likespenningssignal blir gitt til en koplingsinnretning taktstyrt av en taktgenerator, hvor utgangen på koplingsinnretningen, som gir fra seg spenningsimpulser med den ene polen kan kobles til spenningskilden for å regenerere den.

Fordelen med innretningen er at den i det vesentlige på en enkel måte kan bygges opp av rimelige, tilgjengelige komponenter, slik at innretningen i grunnen alt i alt gir lave byggeomkostninger og slik også lar seg anvende i stor skala på nærmest alle områder privat og forretningsmessig. I regelen vil en slik innretning hente den nødvendige primærenergien til det den skal brukes til fra nettspenningen, som van-ligvis finnes overalt, slik at når det gjelder tilpasningen her er det ikke nødvendig med kostbare koplingstekniske forholdsregler, dvs. at man basere seg på spen-ningsomformere og/eller deler til det vanlige nettet. Heldigvis omfatter koplingsinnretningen en reguleringsinnretning til å bestemme spenningsamplituden og heldigvis også en reguleringsinnretning til å regulere regenereringsstrømmer: med, når denne skal innstilles fast ved variabel spenningsamplitude i avhengighet av regenererings-graden for primærspenningskilden som skal regenereres.

Reguleringskarakteristikken for reguleringsinnretningen kan fortrinnsvis være innstilt på den indre motstanden som forandrer seg avhengig av regenereringsgra-den, men det er også mulig å velge en annen reguleringskarakteristikk, når dette er nødvendig etter hva slags spenningskilde som skal regenereres hhv. er ønskelig og spesielle regenereringskarakteristika er ønsket eller blir forlangt.

Til slutt er det fordelaktig, at regenereringstidsintervallet for spenningskilden som skal regenereres, at man ved hjelp av et tidsledd på forhånd kan innstille hhv. bestemme tidsintervallet, slik at etter avslutningen av regenereringsprosessen d.e. at regenereringen blir avsluttet automatisk, dvs. primærspenningskilden blir slått av.

Oppfinnelsen blir nå, med henvisning til de etterfølgende, vedlagte skjema-tiske tegningene, beskrevet inngående ved hjelp av et eksempel på utforming. Her viser: fig. 1 en innretning for utførelse av fremgangsmåten for regenerering av

spenningskilder i et blokksammenkoplingsskjema,

fig. 2 et eksempel på utforming i detalj av en innretning, utformet i henhold

til fig. 1, fremstilt på en koplingsteknisk detaljert måte,

fig. 3 spenningsforløpet til en primærspenningskilde avhengig av tiden, ved en belastning på 6 Ohm tilsvarende 250 mA, hvor kurve A viser en ubrukt spenningskilde, kurve B spenningsforløpet etter 1 regenerering og kurve C spenningsforløpet etter 2 regenereringer, og

fig. 4 sett ovenfra, et stativ i innretningen til plassering av et større antall

spenningskilder for regenerering.

Innretningen 10 til å utføre fremgangsmåten med blir først beskrevet ved hjelp av blokksammenkoplingsskjemaet vist i fig. 1. En lav-ohmig likespenningskilde 23 kan for eksempel være laget av en passende dimensjonert nettdel, som på inn-gangssiden kan tilkoples en etter ønske tilpasset nettvekselstrøms-spenningskilde på hensiktsmessig måte og av passende størrelse. Likespenningskilden 23 leverer på kjent måte en likespenning hhv. et likespenningssignal 13 til inngangen 17 på en koplingsinnretning 14. På koplingsinnretningen 14 virker en taktgenerator 15 direkte, som bevirker at av likespenningssignalet 13 blir det på utgangssiden 16 avgitt spenningsimpulser 18, som over en reguleringsinnretning 21, som også virker sammen med koplingsinnretningen 14, kan innstilles med hensyn til impulslengden. Impulslengden til en halvperiode til impulsene 18 varer for eksempel fra 10"<3> s til 2 x 10"3 s.

I reguleringsinnretningen 21 kan det også være plassert innstillings- hhv. re-guleringsledd, som regenereringsstrømmen kan innstilles i området fra 5 x 10"<2> A til 15 A.

Taktgeneratoren 15 lar seg også innstille hhv. er også regulerbar, slik at frekvensen på spenningsimpulsene 18 kan innstilles med den, foreksempel i området fra 2 til 200 Hz.

Et tidsledd 22 er koblet til en bryter 24, slik at spenningsimpulsene 18 på utgangen 16 til den taktstyrte koplingsinnretningen 14 kan legges til en pol 19 på spenningskilden 11 som skal regenereres. Den andre polen 20 på spenningskilden 11 som skal regenereres er på kjent måte forbundet med den andre polen på likespenningskilden 23, i det foreliggende tilfelle til godset på spenningskilden. Tidsled-det 22 kan være utformet regulerbart, slik at regenereringsforløpet, dvs. spenningskilden 11 som skal regenereres kan pålegges spenningsimpulser 18 i et på forhånd bestemt tidsintervall. Når slutten på tidsintervallet er nådd, blir den elektriske bryteren 24 åpnet, som tidligere var blitt lukket ved et trykk på tidsintervallknappen, slik at tilførselen av spenningsimpulser 18 til spenningskilden 11 som skal regenereres, automatisk blir avbrutt.

Det blir henvist til at innretningen 10 i grunnen også er utformet slik, at mulig-heten er der, for at regenereringsstrømmen avhengig av den indre motstanden i spenningskilden 11 som skal regenereres er innstilt konstant (konstantstrømlading hhv. regenerering), men også ved behov er regulerbar eller også av seg selv innstil-ler seg etter den varierende indre motstanden i spenningskilden 11 som skal regenereres, mens regenereringen foregår.

Fig. 2 viser innretningen i henhold til fig. 1 i et koplingsteknisk detaljert utført eksempel på utforming.

Innretningens spenningsforsyning foregår over en transformator 25, som kan koples til et vanlig forsyningsspenningsnett. Ved en pol på sekundærsiden av trans-formatoren 25 er det tilkoblet to kondensatorer 26 og ved den andre polen to dioder 30, som arbeider sammen og på kjent måte danner en likeretter-spenningsfordob-lerkopling. Derved blir det på kjent måte dannet en lav-ohmig likespenningskilde for forsyningen av følgende funksjonstrinn i innretningen 10.

Dannelsen og formingen av de rettflankede impulsene som kreves for en meget virksom regenereringseffekt foregår i taktgeneratoren hhv. i pulsgeneratoren 15. Denne arbeider som asymmetrisk multivibrator med transistorene 27 og 28 og danner og former de impulsene som er nødvendige, med en impulsfrekvens fra 2 til 5 Hz. Gjennom flere impulsformnettverk blir disse deretter tilført den elektroniske koplingen 14 og forsterket. Deretter blir denne spenningsimpulsen så ledet til den delen av innretningen hvor elementene som skal regenereres kan settes inn. Til be-skyttelse av innretningen 10 og elementene hhv. spenningskildene 11 som er plassert i den, kan bryteren til innretningen 10 ha en såkalt utkoplingsautomatikk 29, som begrenser regenererings- hhv. hurtigladningsprosessen til en på forhånd bestemt tid, for eksempel maksimum 25 minutter. Ved behov kan ved et nytt trykk på tidskoplingsknappen 31 regenererings- hhv hurtigladningsprosessen aktiveres i nye 25 minutter, som tidligere innstilt.

Fig. 3 viser forløpet av utgangsspenningen på en spenningskilde avhengig av tiden etter en utladning over en belastningsmotstand på 6 Ohm tilsvarende ca. 250 mA. Etter ca. 12 timer er spenningen i spenningskilden 11 sunket fra 1,5 V til 1,2 V. 250 mA tilsvarer omtrent strømbehovet til en glødelampe, slike som for eksempel kan anvendes i en lommelykt. Den første utladningen av spenningskilden 11 er representert ved kurve A i fig. 3. Det dreier seg her om en ubrukt, ny spenningskilde 11.

Etter en gangs regenerering i et tidsrom på ca. 20 min. leverer spenningskilden, som er regenerert med den fremgangsmåten, som angår oppfinnelsen og i den innretningen, som angår oppfinnelsen, en utgangsspenning, som igjen er ca. 1,5 V. En etterfølgende belastning av den regenererte spenningskilden 11 med de samme belastningsparametrene, viser etter 12 timer en kurve B, som ganske nær tilsvarer den opprinnelige belastningskurven A. Enda en regenerering med fremgangsmåten og med innretningen 10, som angår oppfinnelsen i et tidsrom på 20 min. fører igjen til en utgangsspenning på 1,5 V, hvor man med de samme foreskrevne belastningsparametrene får en kurve C, som bare i svært liten grad avviker fra kurvene A og B.

Forsøk har vist, at primærspenningskilder av god kvalitet som er vanlige i handelen kunne regenereres minst 10 ganger på foreskrevet måte, uten at deres yteevne ble merkbart redusert.

Med fremgangsmåten, som angår oppfinnelsen blir det oppnådd at virknin-gen av de kjemiske- hhv. elektro-kjemiske reaksjonene som foregår i det indre i en primærspenningskilde 11 blir snudd. Den normale elektro-kjemiske reaksjonen i en elektrisk strømbruker, som er tilkoplet erat det dannes avleiringer på elektrodene, som har en isolerende virkning. Ved hjelp av fremgangsmåten og innretningen 10, som angår oppfinnelsen blir elektrodene befridd for de isolerende avleiringene, slik at det oppnås en vidtgående gjenopprettelse av deres opprinnelige yteevne hhv. deres opprinnelige kapasitet.

Fig. 4 viser eksempelvis et stativ i innretningen 10 for plassering av et større antall spenningskilder 11 som skal regenereres. Det kan plasseres forskjellige hhv. enkle spenningskilder 11 som skal lades opp og/eller samtidig bli regenerert.

Det må påpekes at fremgangsmåten, som angår oppfinnelsen og innretningen 10, som angår oppfinnelsen ikke bare egner seg til regenerering av primærspenningskilder 11, men også til rask oppladning av sekundærspenningskilder, dvs. forskjellige slag akkumulatorer, uten at derved prinsippet for regenerering, som angår oppfinnelsen hhv. lading ved hjelp av spenningsimpulser over en bestemt tid og med impulsbredde, amplitude og frekvens bestemt på forhånd og lignende blir for-latt. Også for lading av sekundærspenningskilder har fremgangsmåten, som angår oppfinnelsen og innretningen, som angår oppfinnelsen vist seg som meget effektiv og velegnet.

Henvisninger.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for å regenerere spenningskilder i form av primærelementer ved hjelp av tilført elektrisk energi i form av spenningsimpulser, karakterisert ved at i det vesentlige periodiske spenningsimpulser av forutbestemt fastlagt amplitude og forutbestemt fastlagt impulslengde påføres under et forutbestemt tidsintervall til spenningskilden som skal regenereres, idet spenningsimpulsene har en kort stigetid.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at impulslengden er mellom 10"<3> s og 2 x 10"3 s.

3. Fremgangsmåte ifølge et eller begge av kravene 1 og 2, karakterisert ved at spenningsimpulsen påføres med en frekvens i området mellom 2 og 200 Hz.

4. Fremgangsmåte ifølge et eller flere av kravene 1 til 3, karakterisert ved at regenereringsstrømmen er i området fra 5 x 10"2 A til 15 A.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at regenereringsstrømmen kan justeres og/eller regu-leres som en funksjon av den indre motstanden i spenningskilden som skal regenereres.

6. Innretning for regenerering av spenningskilder i form av primærelementer ved hjelp av elektrisk energi tilført for å utføre fremgangsmåten i henhold til et eller flere av kravene 1 til 5, karakterisert ved en lav-ohmig likespenningskilde (23), hvis likespenningssignal (13) mates til en taktstyrt koplingsinnretning (14) hvis takt er bevirket av en taktgenerator (15) og kjennetegnet ved et tidselement (22) slik at regenereringsprosedyren kan finne sted i et forutbestemt tidsintervall, hvorved utgangen (16) til koplingsinnretningen (14), hvis utgang (16) tilfører en spenningsimpulssekvens (18) med fast amplitude, kort stigetid og forutbestemt fast pulslengde, kan forbindes til én pol (19) til spenningskilden (11) for regenerering av den siste.

7. Innretning ifølge krav 6, karakterisert ved at koplingsinnretningen (14) har en reguleringsinnretning for regulering av regenereringsstrømmen.

8. Innretning ifølge krav 7, karakterisert ved at reguleringskarakteristikkentil reguleringsinnretningen justeres i henhold til den indre motstanden, som varierer som en funksjon av graden av regenerasjon av spenningskilden (11).

9. Innretning ifølge et eller flere av kravene 6 til 8, karakterisert ved at regenereringstidsintervallet til spenningskilden (11) kan innstilles ved hjelp av et tidselement (22) som kan justere tidsintervallet.