RU2245606C2 - Device for energy generation from electric field of atmosphere - Google Patents
Device for energy generation from electric field of atmosphere Download PDFInfo
- Publication number
- RU2245606C2 RU2245606C2 RU2003106714/06A RU2003106714A RU2245606C2 RU 2245606 C2 RU2245606 C2 RU 2245606C2 RU 2003106714/06 A RU2003106714/06 A RU 2003106714/06A RU 2003106714 A RU2003106714 A RU 2003106714A RU 2245606 C2 RU2245606 C2 RU 2245606C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- atmosphere
- electric field
- atmospheric
- atmospheric gas
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и предназначено для бесперебойного обеспечения энергией автономного электрооборудования, например автоматических метеостанцией или космических зондов на Земле и других планетах, имеющих атмосферное электрическое поле.The invention relates to electrical engineering and is intended for the uninterrupted supply of energy to autonomous electrical equipment, for example, automatic weather stations or space probes on Earth and other planets having an atmospheric electric field.
Известны трудности, связанные с бесперебойным обеспечением энергией автономного электрооборудования. Внутренние источники энергии (батареи, аккумуляторы, топливные элементы) требуют периодической замены, заправки топливом или перезарядки, то есть ручного квалифицированного обслуживания. Внешние источники энергии (текущая вода, ветер, солнечный свет) требуют для использования массивных крупногабаритных сооружений, преобразователей с подвижными частями и не всегда доступны.There are known difficulties associated with the uninterrupted supply of energy to autonomous electrical equipment. Internal energy sources (batteries, accumulators, fuel cells) require periodic replacement, refueling or recharging, that is, manual qualified service. External sources of energy (flowing water, wind, sunlight) require massive bulky structures, converters with moving parts to use, and are not always available.
Для решения проблемы нужен пусть маломощный, но надежный в любое время и в любом месте бесперебойный источник энергии. С учетом условий эксплуатации автономного электрооборудования он должен быть легким, конструктивно простым и удобным для транспортировки на любые расстояния.To solve the problem, an uninterrupted source of energy at any time and in any place is needed, albeit reliable. Given the operating conditions of autonomous electrical equipment, it should be lightweight, structurally simple and convenient for transportation at any distance.
Известны устройства для косвенного получения энергии из атмосферы посредством водяных колес, турбин и других гидроэнергетических установок, а также для прямого получения энергии из атмосферы посредством ветряных двигателей, турбин и других ветроэнергетических установок. В этих устройствах энергия атмосферы преобразуется в теплоту, работу или электричество.Known devices for indirectly obtaining energy from the atmosphere through water wheels, turbines and other hydropower plants, as well as for direct energy from the atmosphere through wind turbines, turbines and other wind power plants. In these devices, atmospheric energy is converted into heat, work, or electricity.
Бесперебойность подачи вырабатываемой с их помощью энергии обеспечить нельзя. Она зависит от состояния атмосферы, климатических условий и времени года. (Чалый Г. Энергетика вчера, сегодня, завтра. - Кишинев: Картя Молдовеннскэ, 1977. - 202 с., ил., стр. 44-64,).Uninterrupted supply of energy generated with their help cannot be ensured. It depends on the state of the atmosphere, climatic conditions and season. (Chaly G. Energy yesterday, today, tomorrow. - Chisinau: Cartya Moldovenenske, 1977. - 202 p., Ill., Pp. 44-64,).
За прототип принят молниеотвод, который предназначен для нейтрализации энергии атмосферного электрического поля. Молниеотвод содержит вертикально ориентированную несущую конструкцию, возвышающуюся над рельефом местности, и разнесенные вдоль силовых линий поля электроды, соединенные между собой токоотводом. В верхней точке конструкции установлен окруженный атмосферой электрод - молниеприемник в виде массивного металлического стержня. Он может быть совмещен с ионизатором атмосферного газа. Нижний электрод является заземлителем и обеспечивает электрический контакт устройства с поверхностью планеты (В.В.Базуткин и др. Техника высоких напряжений. - М.: Энергоатомиздат, учебник для вузов, 1986. - 464 с., ил., стр. 219-220). Конструкция молниеотвода не включает полезной нагрузки. Энергия молнии практически целиком расходуется за его пределами на нагрев грунта, окружающего заземлитель, нагрев и ионизацию атмосферного воздуха.The prototype adopted lightning rod, which is designed to neutralize the energy of the atmospheric electric field. The lightning rod contains a vertically oriented supporting structure, towering above the terrain, and electrodes spaced along the field lines connected by a down conductor. An electrode surrounded by an atmosphere is installed at the top point of the structure - an air terminal in the form of a massive metal rod. It can be combined with an atmospheric gas ionizer. The lower electrode is a ground electrode and provides electrical contact between the device and the planet’s surface (V.V. Bazutkin et al. High-voltage technology. - M.: Energoatomizdat, a textbook for high schools, 1986. - 464 p., Ill., Pp. 219-220 ) Lightning conductor design does not include payload. The energy of lightning is almost entirely consumed outside of it for heating the soil surrounding the ground electrode, heating and ionizing atmospheric air.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, следующие. Молниеотвод содержит электроды, несущую конструкцию и ионизаторы атмосферного газа. Электроды разнесены вдоль силовых линий электрического поля. Окруженные атмосферой электроды расположены на несущей конструкции. Внешняя поверхность этих электродов конструктивно совмещена с ионизаторами атмосферного газа. Нижний электрод является заземлителем.Signs of the prototype, coinciding with the essential features of the claimed invention, the following. A lightning rod contains electrodes, a supporting structure and atmospheric gas ionizers. The electrodes are spaced along the lines of force of the electric field. The electrodes surrounded by the atmosphere are located on the supporting structure. The outer surface of these electrodes is structurally combined with atmospheric gas ionizers. The lower electrode is a grounding conductor.
Причины, препятствующие получению требуемого технического результата по прототипу, следующие. Молниеотвод обеспечивает протекание через атмосферу электрического тока только в форме периодического искрового разряда. Время прохождения этого тока непредсказуемо, а величина случайна и не поддается регулировке. Молниеотвод не содержит полезную нагрузку. Он рассчитан на работу в аномально сильном электрическом поле и основную часть времени бесполезно простаивает. Молниеотвод не работает в местах, где отсутствуют грозовые облака. Молниеотвод не работает при отсутствии контакта с планетой. Токоведущие части молниеотвода не имеют электрической изоляции от несущей конструкции.The reasons that impede the receipt of the required technical result for the prototype are as follows. A lightning rod ensures that electric current flows through the atmosphere only in the form of a periodic spark discharge. The transit time of this current is unpredictable, and the value is random and cannot be adjusted. Lightning conductor does not contain a payload. It is designed to work in an abnormally strong electric field and most of the time it is idle idle. Lightning conductor does not work in places where there are no thunderclouds. Lightning conductor does not work in the absence of contact with the planet. The live parts of the lightning conductor do not have electrical isolation from the supporting structure.
Технический результат - бесперебойное получение энергии из электрического поля атмосферы в необходимом количестве и создание для этой цели заявляемого устройства.The technical result is the uninterrupted receipt of energy from the electric field of the atmosphere in the required quantity and the creation of the inventive device for this purpose.
Устройство выгодно отличается легкостью, отсутствием подвижных деталей, простотой необходимых конструктивных элементов и удобством их транспортировки. Оно более надежно, чем все известные до сих пор устройства автономного энергоснабжения, включая ветровые генераторы и солнечные батареи, так как электрическое поле атмосферы слабо зависит от времени года, существует круглосуточно и доступно в любой точке планеты.The device compares favorably with ease, lack of moving parts, simplicity of the necessary structural elements and ease of transportation. It is more reliable than all previously known autonomous power supply devices, including wind generators and solar panels, since the electric field of the atmosphere is weakly dependent on the time of year, exists around the clock and is available anywhere in the world.
Технический результат достигается следующим образом. Между электродами, разнесенными вдоль силовых линий атмосферного электрического поля, включена нагрузка. При отсутствии контакта устройства с планетой внешняя поверхность всех окруженных атмосферой электродов конструктивно совмещена с ионизаторами атмосферного газа. Токоведущие части устройства, находящиеся под напряжением, электрически изолированы от несущей конструкции.The technical result is achieved as follows. Between the electrodes spaced along the lines of force of the atmospheric electric field, a load is included. In the absence of contact between the device and the planet, the outer surface of all the electrodes surrounded by the atmosphere is structurally combined with atmospheric gas ionizers. Live parts of the device that are energized are electrically isolated from the supporting structure.
Существенные признаки заявляемого изобретения следующие. Устройство для получения энергии из электрического поля атмосферы содержит электроды, разнесеные вдоль силовых линий электрического поля, нижний электрод является заземлителем. Электроды, окруженные атмосферой, размещены на несущей конструкции. Ионизаторы атмосферного газа конструктивно совмещены с внешней поверхностью окруженных атмосферой электродов.The essential features of the claimed invention are as follows. A device for receiving energy from the electric field of the atmosphere contains electrodes spaced along the lines of force of the electric field, the lower electrode is a ground electrode. The electrodes surrounded by the atmosphere are placed on the supporting structure. Atmospheric gas ionizers are structurally combined with the outer surface of the electrodes surrounded by the atmosphere.
В отличие от прототипа между разнесенными вдоль силовых линий электрического поля электродами включена нагрузка. При отсутствии контакта устройства с планетой внешняя поверхность всех электродов конструктивно совмещена с ионизаторами атмосферного газа. Находящиеся под напряжением токоведущие части устройства электрически изолированы от несущей конструкции.In contrast to the prototype, a load is included between the electrodes spaced along the field lines of the electric field. In the absence of contact between the device and the planet, the outer surface of all electrodes is structurally combined with atmospheric gas ionizers. The live parts of the device are electrically isolated from the supporting structure.
Чем дальше друг от друга разнесены электроды, тем выше напряженность электрического поля возле их поверхности и больше скорость растекания свободных носителей зарядов в окружающем газе. Окруженные атмосферой электроды выгодно размещать в наиболее удаленных по вертикали точках несущей конструкции. Растеканию носителей зарядов в атмосфере способствует свободное движение газа у электродов и отсутствие вокруг устройства других концентраторов напряжения.The farther apart the electrodes are from each other, the higher the electric field near their surface and the greater the rate of spread of free charge carriers in the surrounding gas. It is advantageous to place the electrodes surrounded by the atmosphere at the most distant vertically points of the supporting structure. The flow of charge carriers in the atmosphere is facilitated by the free movement of gas at the electrodes and the absence of other voltage concentrators around the device.
При наличии контакта устройства с планетой нижний электрод является заземлителем. Это обеспечивает малое электрическое сопротивление прохождению атмосферного электрического тока через грунт. При отсутствии контакта устройства с планетой создаваемый им атмосферный электрический ток может проходить только через канал газового разряда. В этом случае все окруженные атмосферой электроды (как верхние, так и нижние) конструктивно совмещаются с ионизаторами атмосферного газа. Таким образом, обеспечивается бесперебойное преобразование энергии атмосферного электрического поля в энергию протекающего через нагрузку электрического тока. Дальнейшее полезное преобразование этой энергии в тепло, работу или электричество осуществляется выбором типа нагрузки (нагреватель, электродвигатель или другое электрооборудование).If the device contacts the planet, the lower electrode is a ground electrode. This provides low electrical resistance to the passage of atmospheric electric current through the ground. In the absence of contact between the device and the planet, the atmospheric electric current created by it can pass only through the gas discharge channel. In this case, all the electrodes surrounded by the atmosphere (both upper and lower) are structurally combined with atmospheric gas ionizers. Thus, the uninterrupted conversion of the energy of the atmospheric electric field into the energy of the electric current flowing through the load is ensured. A further useful conversion of this energy into heat, work, or electricity is done by selecting the type of load (heater, electric motor, or other electrical equipment).
Влияние существенных признаков заявляемого изобретения на получаемый технический эффект следующее. Несущая конструкция обеспечивает правильную ориентацию устройства в атмосферном электрическом поле, совпадающую с направлением его силовых линий. Она удерживает разнесенные вдоль силовых линий поля электроды на необходимом для работы расстоянии, обеспечивает механическую прочность устройства и объединяет его отдельные части в единое целое. Электроды следует раздвигать друг от друга на максимальное технически возможное расстояние. Пропорционально дистанции возрастает напряженность электрического поля на их внешней поверхности, что увеличивает подвижность носителей зарядов в окружающей электроды атмосфере и облегчает протекание через нее электрического тока. Взаимно удаленное положение электродов устраняет препятствия свободному движению потоков атмосферного газа.The influence of the essential features of the claimed invention on the resulting technical effect is as follows. The supporting structure ensures the correct orientation of the device in an atmospheric electric field, which coincides with the direction of its field lines. It keeps the electrodes spaced along the field lines at the required distance for the work, provides the mechanical strength of the device and combines its individual parts into a single whole. The electrodes should be moved apart from each other as technically as possible. In proportion to the distance, the electric field intensifies on their outer surface, which increases the mobility of charge carriers in the atmosphere surrounding the electrodes and facilitates the flow of electric current through it. The mutually remote position of the electrodes removes obstacles to the free movement of atmospheric gas flows.
При наличии контакта устройства с планетой нижний электрод является заземлителем. Это самый простой, дешевый и надежный способ обеспечить малое сопротивление протекающему через него в грунт электрическому току. Окруженные атмосферой электроды установлены на несущей конструкции. Это обеспечивает устойчивость их пространственного положения во внешнем электрическом поле. Ионизаторы атмосферного газа конструктивно совмещены с внешней поверхностью окруженных атмосферой электродов. Это обеспечивает постоянное присутствие достаточного количества свободных носителей зарядов в прилегающем к электродам пространстве и свободное движение этих зарядов вдоль силовых линий электрического поля. Таким образом, обеспечивается электрический контакт с малым сопротивлением между твердыми электродами и атмосферным газом. Сила проходящего через такой контакт тока в широких пределах не зависит от напряженности внешнего электрического поля и определяется только производительностью ионизаторов. Это гарантирует бесперебойность получения энергии, независимо от внешних факторов, сводит к минимуму расход мощности на поддержание канала несамостоятельного электрического разряда через нейтральную атмосферу и препятствует возникновению бросков тока через устройство в условиях грозовой активности.If the device contacts the planet, the lower electrode is a ground electrode. This is the easiest, cheapest and most reliable way to provide low resistance to the electric current flowing through it into the ground. The electrodes surrounded by the atmosphere are mounted on a supporting structure. This ensures the stability of their spatial position in an external electric field. Atmospheric gas ionizers are structurally combined with the outer surface of the electrodes surrounded by the atmosphere. This ensures the constant presence of a sufficient number of free charge carriers in the space adjacent to the electrodes and the free movement of these charges along the electric field lines. Thus, electrical contact with low resistance between the solid electrodes and atmospheric gas is provided. The current passing through such a contact over a wide range does not depend on the strength of the external electric field and is determined only by the performance of the ionizers. This ensures uninterrupted energy production, regardless of external factors, minimizes the power consumption for maintaining the channel of a non-self-sustaining electric discharge through a neutral atmosphere and prevents the occurrence of inrush currents through the device in lightning conditions.
При отсутствии контакта устройства с планетой ионизаторы атмосферного газа конструктивно совмещены с внешней поверхностью всех окруженных атмосферой электродов, как верхних, так и нижних. Это единственно доступный способ обеспечить протекание электрического тока через атмосферу по обе стороны развернутого вдоль силовых линий поля устройства.In the absence of contact between the device and the planet, atmospheric gas ionizers are structurally combined with the outer surface of all the electrodes surrounded by the atmosphere, both upper and lower. This is the only affordable way to ensure the flow of electric current through the atmosphere on both sides of the field of the device, which is deployed along the lines of force.
Нагрузка включена между разнесенными вдоль силовых линий электрического поля электродами. Этим обеспечивается ее последовательное соединение (вместе с электродами) в цепь проходящего через атмосферу тока несамостоятельного электрического разряда. Произведение падения напряжения на нагрузке и величины проходящего через нее тока определяет полезную мощность, получаемую устройством из атмосферного электрического поля. Коэффициент полезного действия устройства определяется балансом между сопротивлением нагрузки и переходным сопротивлением электродов с окружающим пространством (производительностью ионизаторов). Чем ниже переходное сопротивление электродов, тем большая доля энергии выделяется в нагрузке.The load is connected between the electrodes spaced along the electric field lines. This ensures its serial connection (together with the electrodes) into the circuit of a non-self-sustaining electric discharge passing through the atmosphere. The product of the voltage drop across the load and the magnitude of the current passing through it determines the useful power received by the device from the atmospheric electric field. The efficiency of the device is determined by the balance between the load resistance and the transition resistance of the electrodes with the surrounding space (ionizer performance). The lower the transition resistance of the electrodes, the greater the proportion of energy released in the load.
Изоляция токоведущих частей устройства от несущей конструкции обеспечивает оптимальное расположение силовых линий электрического поля в окружающем пространстве и позволяет предотвратить протекание электрического тока по проводящим частям устройства, не имеющим отношения к его электрической схеме.Isolation of the current-carrying parts of the device from the supporting structure ensures the optimal arrangement of electric field lines in the surrounding space and prevents the flow of electric current through the conductive parts of the device that are not related to its electrical circuit.
Бесперебойность снабжения энергией обеспечивается за счет того, что электрическое поле атмосферы не зависит от времени года, существует круглосуточно в любую погоду, доступно в любой точке тропосферы. Этот энергетический ресурс атмосферы постоянно подпитывается всей мощностью планетарного механизма разделения электрических зарядов.Uninterrupted energy supply is ensured by the fact that the electric field of the atmosphere does not depend on the time of year, exists around the clock in any weather, and is available anywhere in the troposphere. This energy resource of the atmosphere is constantly fueled by the entire power of the planetary mechanism for the separation of electric charges.
Надежность снабжения энергией обеспечивается простотой устройства, отсутствием в его важнейших элементах подвижных деталей. Получение энергии из электрического поля атмосферы не требует крупных сооружений (плотин, башен большой высоты) и сложных технологических приемов. Обслуживания такого устройства значительно проще, чем в аналогах.The reliability of energy supply is ensured by the simplicity of the device, the absence of moving parts in its most important elements. Obtaining energy from the electric field of the atmosphere does not require large structures (dams, towers of great height) and complex technological methods. Maintenance of such a device is much simpler than in analogues.
Простота конструкции элементов устройства для получения энергии из электрического поля атмосферы вытекает из того, что оно содержит только стандартные электротехнические узлы без подвижных деталей, не требующие настройки, регулировки и регулярного технического обслуживания. Детали устройства и части несущей конструкции не требуют тщательного изготовления.The simplicity of the design of the elements of the device for receiving energy from the electric field of the atmosphere follows from the fact that it contains only standard electrical components without moving parts, which do not require adjustment, adjustment and regular maintenance. Parts of the device and parts of the supporting structure do not require careful manufacturing.
Легкость транспортировки устройства достигается тем, что оно изготавливается с минимальным запасом прочности, так как не испытывает динамических нагрузок и, следовательно, для его изготовления не требуются массивные, крупногабаритные узлы и детали. Устройство выполняется складным или разборным.The ease of transportation of the device is achieved in that it is manufactured with a minimum margin of safety, since it does not experience dynamic loads and, therefore, massive, large-sized units and parts are not required for its manufacture. The device is folding or collapsible.
На фиг.1 представлен общий вид устройства для получения энергии из электрического поля атмосферы при отсутствии контакта с планетой.Figure 1 presents a General view of a device for generating energy from an electric field of the atmosphere in the absence of contact with the planet.
Устройство содержит вертикально ориентированную несущую конструкцию, например аэростат, 1, электроды 2, 3, ионизаторы воздуха 4 и 5, изоляторы 6 и 7, кабели 8 и 9, преобразователь напряжения 10 и нагрузку, например радиозонд, 11. В окружающем аэростат пространстве проходят силовые линии атмосферного электрического поля Е. Электроды, конструктивно совмещенные с ионизаторами воздуха, крепят на изоляторах. Аэростат удерживает электроды на достаточном расстоянии друг от друга, а кабели соединяют их с преобразователем напряжения. Преобразователь напряжения связан с полезной нагрузкой электрически и объединен общим корпусом.The device contains a vertically oriented load-bearing structure, for example, an aerostat, 1,
Устройство работает следующим образом. После включения устройства ионизаторы 4, 5 насыщают воздух, окружающий электроды 2, 3, свободными носителями зарядов. Они начинают дрейф через нейтральный воздух, двигаясь вдоль силовых линий атмосферного электрического поля Е, дополнительно усиленного разнесенным положением электродов на аэростате 1. Утечка носителей заряда с электродов компенсируется постоянной работой ионизаторов. По каналам несамостоятельного газового разряда 12 и 13 от электродов через атмосферу идет постоянный электрический ток. Между разнесенными электродами появляется разность потенциалов. Они сохраняют ее благодаря изоляторам 6 и 7. После появления на электродах рабочей разницы потенциалов (≈5 кВ) включается преобразователь напряжения 10. Атмосферный электрический ток замыкается через него по кабелям 8 и 9. Преобразователь трансформирует входной ток высокого напряжения в постоянное выходное напряжение, питающее полезную нагрузку 11. Процесс продолжается, пока существует атмосферное электрическое поле и действуют ионизаторы электродов.The device operates as follows. After turning on the device, the
Определяют электрическую мощность, необходимую для автономного бесперебойного питания полезной нагрузки. Например, для работы аппаратуры современного радиозонда, подвешиваемого к аэростату, достаточно постоянной электрической мощности 10 Вт. Определяют предельную электрическую мощность, необходимую для питания вспомогательных устройств и ионизаторов воздуха. Например, в количестве не более 150% от величины полезной, то есть 15 Вт. С учетом условий эксплуатации токоприемников определяют предельную разность потенциалов между открытыми токоведущими частями установки. Например, рекомендуется не более 10 кВ, а реально выбирают 5 кВ. Вычисляют максимальный ток в разрядном канале. В данном случае не более (10 Вт+15 Вт)/5 кВ=5 мА. Это значение задает производительность ионизаторов, конструктивно совмещенных с электродами. Определяют плотность вертикального тока проводимости и напряженность поля в тропосфере на расчетной высоте полета. Например, ток проводимости не более 1,5 мкА/м2, напряженность электрического поля 2,2-3,5 В/м. Рассчитывают расстояние между электродами, их форму и конструкцию, обеспечивающие эффективное растекание создаваемых ионизаторами носителей заряда в атмосфере. Например, расстояние 50 м, форма приемных электродов - шар, площадь каждого не менее 0,5 м2. Крепят на аэростате и системе подвески электроды с изоляторами, прокладывают кабели, монтируют в контейнере с аппаратурой силовой преобразователь напряжения.Determine the electrical power necessary for an autonomous uninterrupted power supply of the payload. For example, for the operation of the equipment of a modern radiosonde suspended from a balloon, a constant electric power of 10 W is sufficient. The ultimate electric power necessary to power the auxiliary devices and air ionizers is determined. For example, in an amount of not more than 150% of the useful value, that is 15 watts. Taking into account the operating conditions of the current collectors, the ultimate potential difference between the open current-carrying parts of the installation is determined. For example, no more than 10 kV is recommended, but 5 kV is actually chosen. The maximum current in the discharge channel is calculated. In this case, no more (10 W + 15 W) / 5 kV = 5 mA. This value sets the performance of ionizers structurally combined with electrodes. The density of the vertical conduction current and the field strength in the troposphere at the calculated flight altitude are determined. For example, the conductivity current is not more than 1.5 μA / m 2 , the electric field strength is 2.2-3.5 V / m. The distance between the electrodes, their shape and design, which ensure the effective spreading of charge carriers created by ionizers in the atmosphere, are calculated. For example, a distance of 50 m, the shape of the receiving electrodes is a ball, the area of each is not less than 0.5 m 2 . They fix electrodes with insulators on a balloon and suspension system, lay cables, and mount a power voltage converter in a container with equipment.
На фиг. 2, представлен общий вид устройства для получения энергии из электрического поля атмосферы при контакте устройства с планетой.In FIG. 2, a general view of the device for generating energy from the electric field of the atmosphere when the device contacts the planet is presented.
Устройство содержит электрод 1, ионизатор воздуха 2, изолятор 3, несущую конструкцию (стойку) 4, кабель 5, преобразователь напряжения 6, заземление 7, соединительный кабель 8 и полезную нагрузку (метеостанцию) 9. В окружающем пространстве проходят к поверхности грунта силовые линии атмосферного электрического поля Е. Электрод, конструктивно совмещенный с ионизатором воздуха, крепят на изоляторе. Стойка удерживает электрод на достаточной высоте, а кабель соединяет его с преобразователем напряжения. Преобразователь напряжения электрически связан с грунтом через заземление и с полезной нагрузкой через соединительный кабель.The device comprises an
Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:
После включения устройства ионизатор 2 насыщает воздух, окружающий электрод 1, свободными носителями зарядов. Они начинают дрейф через нейтральный воздух, двигаясь вдоль силовых линий атмосферного электрического поля Е, дополнительно усиленного возвышенным положением электрода на стойке 4. Утечка носителей заряда с приемного электрода компенсируется постоянной работой ионизатора. По каналу несамостоятельного газового разряда 10 от электрода через атмосферу идет постоянный электрический ток. Электрод приобретает электрический потенциал относительно поверхности грунта и сохраняет его благодаря изолятору 3. После появления на электроде рабочего потенциала (≈25 кВ) включается преобразователь напряжения 6. Атмосферный электрический ток замыкается через него по кабелю 5 на заземление 7. Преобразователь трансформирует входной ток высокого напряжения в постоянное выходное напряжение 27 В, поступающее через соединительный кабель 8 для питания полезной нагрузки 9. Процесс продолжается, пока существует атмосферное электрическое поле и действует ионизатор электрода.After turning on the device, the
Определяют электрическую мощность, необходимую для автономного бесперебойного питания полезной нагрузки. Например, для работы современной автоматической метеостанции достаточно постоянной электрической мощности 100 Вт при номинальном напряжении 27 В. Определяют предельную электрическую мощность, необходимую для питания вспомогательных устройств и ионизаторов воздуха. Например, в количестве не более 50% от полезной, то есть 50 Вт. Из климатических условий и особенностей конструкции токоприемника определяют предельную разность потенциалов между открытыми токоведущими частями установки. Например, рекомендуется не более 30 кВ, а реально выбирают 25 кВ. Вычисляют максимальный ток в разрядном канале. В данном случае не более (100 Вт+50 Вт)/25 кВ=6 мА. Это значение задает производительность ионизатора, конструктивно совмещенного с электродом. Измеряют или находят по таблицам электрическую активность атмосферы (плотность вертикального тока проводимости и напряженность поля) в данной местности. Например, ток проводимости не более 0,1 мкА/м2, напряженность электрического поля 110-250 В/м. Рассчитывают высоту подъема электрода над рельефом местности, его форму и рабочую поверхность, достаточные для эффективного растекания создаваемых ионизатором носителей заряда в приземной атмосфере. Например, высота не менее 10 м, форма - шар, площадь не менее 1 м2. При расчетах учитывают скорость ветра, наличие других концентраторов напряжения, геологическое строение грунта и прочие значимые факторы. Устанавливают необходимой высоты стойку с электродом на изоляторе, организуют заземление, монтируют вспомогательное электрооборудование и силовой преобразователь напряжения.Determine the electrical power necessary for an autonomous uninterrupted power supply of the payload. For example, for the operation of a modern automatic weather station, a constant electric power of 100 W at a nominal voltage of 27 V is sufficient. The ultimate electric power necessary to power auxiliary devices and air ionizers is determined. For example, in an amount of not more than 50% of the useful, that is, 50 watts. From climatic conditions and design features of the current collector, the ultimate potential difference between the open current-carrying parts of the installation is determined. For example, no more than 30 kV is recommended, but 25 kV is actually chosen. The maximum current in the discharge channel is calculated. In this case, no more (100 W + 50 W) / 25 kV = 6 mA. This value sets the performance of the ionizer, structurally combined with the electrode. The atmospheric electrical activity (vertical conductivity current density and field strength) is measured or found in the tables in a given area. For example, the conductivity current is not more than 0.1 μA / m 2 , the electric field strength is 110-250 V / m. Calculate the height of the electrode above the terrain, its shape and working surface, sufficient for the effective spreading of the charge carriers created by the ionizer in the surface atmosphere. For example, a height of at least 10 m, a shape - a ball, an area of at least 1 m 2 . In the calculations, wind speed, the presence of other stress concentrators, the geological structure of the soil and other significant factors are taken into account. Install the required rack height with an electrode on the insulator, arrange grounding, mount auxiliary electrical equipment and a power voltage converter.
Таким образом, обеспечивается бесперебойное снабжение энергией автономного электрооборудования за счет даровой силы атмосферного электрического поля. Устройство выгодно отличается отсутствием подвижных деталей, простотой необходимых конструктивных элементов и легкостью их транспортировки. Оно более надежно, чем все известные до сих пор устройства автономного энергоснабжения, включая ветровые генераторы и солнечные батареи, так как электрическое поле атмосферы слабо зависит от времени года, существует круглосуточно и доступно в любой точке земного шара.Thus, an uninterrupted supply of energy to autonomous electrical equipment is ensured due to the free force of the atmospheric electric field. The device compares favorably with the absence of moving parts, the simplicity of the necessary structural elements and the ease of their transportation. It is more reliable than all currently known autonomous power supply devices, including wind generators and solar panels, since the electric field of the atmosphere is weakly dependent on the time of year, exists around the clock and is available anywhere in the world.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003106714/06A RU2245606C2 (en) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | Device for energy generation from electric field of atmosphere |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003106714/06A RU2245606C2 (en) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | Device for energy generation from electric field of atmosphere |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003106714A RU2003106714A (en) | 2004-09-27 |
| RU2245606C2 true RU2245606C2 (en) | 2005-01-27 |
Family
ID=35139313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003106714/06A RU2245606C2 (en) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | Device for energy generation from electric field of atmosphere |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2245606C2 (en) |
-
2003
- 2003-03-11 RU RU2003106714/06A patent/RU2245606C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| А.П.МЕРКУЛОВ. Магнитные поля – труженики. – М.: Машиностроение, 1978, с. 142-144. * |
| В.В.БАЗУТКИН и др. Техника высоких напряжений. – М.: Энергоатомиздат. Учебник для вузов. 1986, с. 219-220. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101390177B (en) | Energy collection | |
| KR102038811B1 (en) | System and method for managing the power output of a photovoltaic cell | |
| CA2993945C (en) | Collecting ionic energy from the atmosphere | |
| US9184628B2 (en) | Portable solar power trailer with rotatable panels | |
| CA2953654C (en) | Energy collection | |
| RU2245606C2 (en) | Device for energy generation from electric field of atmosphere | |
| Grigoriev et al. | Power plants based on renewables and electrochemical energy storage and generation systems for decentralized autonomous power supply | |
| CN104579119A (en) | Solar power generation device floating in air | |
| CN106332432A (en) | An electrode group natural static electricity and thunder and lightning collection power generation device | |
| KR101737971B1 (en) | Stand by power supply apparatus using the photovoltaic power generation | |
| GB2417761A (en) | Power generating device mounted on pylon | |
| KR102312583B1 (en) | Power Supply Apparatus for Apartment House | |
| CN111350643B (en) | Small-sized ion wind power propulsion device | |
| KR20150101122A (en) | Power generation device floating in the air | |
| US20210167629A1 (en) | Large energy absorption and distribution system | |
| Dietsch | Photovoltaics of the neunburg vorm wald solar hydrogen project | |
| Pagare et al. | Increasing demand for Solar Photovoltaic System in urban and rural development in India | |
| JPS61170235A (en) | Direct current power supply device for substation or power station | |
| Lin et al. | Design of grounding system for wind-photovoltaic-energy storage Hybrid power station | |
| US20180026553A1 (en) | Energy Collection | |
| Iliceto | The Adrano Project | |
| Wang et al. | Design and Key Technology of Extra-high Voltage Power Transmission and Management System for SPS | |
| Miguelez | Evaluation of a micro power-plant using solar cells | |
| Coureau | Power supply for TV and FM emitters | |
| KR20100111034A (en) | Solar power unit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210312 |