RU2557066C1 - Temperature difference energy converter with electronic control - Google Patents

Temperature difference energy converter with electronic control Download PDF

Info

Publication number
RU2557066C1
RU2557066C1 RU2014112479/07A RU2014112479A RU2557066C1 RU 2557066 C1 RU2557066 C1 RU 2557066C1 RU 2014112479/07 A RU2014112479/07 A RU 2014112479/07A RU 2014112479 A RU2014112479 A RU 2014112479A RU 2557066 C1 RU2557066 C1 RU 2557066C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plate
bar
moves
electronic control
air gap
Prior art date
Application number
RU2014112479/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Алексеевич Челухин
Иван Владимирович Челухин
Елизавета Владимировна Абрамсон
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ")
Priority to RU2014112479/07A priority Critical patent/RU2557066C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2557066C1 publication Critical patent/RU2557066C1/en

Links

Landscapes

  • Thermally Actuated Switches (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: device has an electronic control unit, an actuation mechanism, two capacitor plates one of which is fixed to the actuation mechanism drive, and the second mobile one is attached to one end of bar from plastic (or from another dielectric material with significant change of linear sizes with change of external temperature). The second end of a bar made from plastic is rigidly attached to a fixed base.
EFFECT: increase of number of triggerings several times.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к емкостным преобразователям энергии, и может быть использовано для питания маломощных потребителей энергии в климатических условиях с достаточным периодическим перепадом температур, например дневных и ночных, либо в полете искусственного спутника Земли на орбите при вхождении в тень планеты и выходе из нее. Устройство преобразует энергию перепада температур, например между днем и ночью в электрическую энергию.The invention relates to the field of electrical engineering, and more specifically to capacitive energy converters, and can be used to power low-power energy consumers in climatic conditions with a sufficient periodic temperature difference, for example day and night, or in flight of an artificial Earth satellite in orbit when entering the planet’s shadow and exit from it. The device converts the energy of a temperature difference, for example between day and night, into electrical energy.

Известны низкопотенциальные преобразователи энергии перепада температур емкостного типа, например, патент на изобретение №2489793, опубликован 10.08.2013, бюл. №22.Known low-potential energy converters energy temperature differential capacitive type, for example, patent for invention No. 2489793, published 08/10/2013, bull. Number 22.

Известное устройство содержит две пластины емкости, одна из которых закреплена неподвижно, а вторая подвижная прикреплена к одному концу бруска из любого диэлектрического материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры. Второй конец этого бруска жестко закреплен на неподвижном основании. Когда изменяется внешняя температура, брусок меняет свои линейные размеры и отодвигает или приближает подвижную пластину емкости к неподвижной, в зависимости от направления изменения температуры.The known device contains two plates of the container, one of which is fixed motionless, and the second movable is attached to one end of a bar of any dielectric material having a large change in its linear dimensions with changing external temperature. The second end of this bar is rigidly fixed to a fixed base. When the external temperature changes, the bar changes its linear dimensions and moves or moves the movable plate of the tank closer to the stationary one, depending on the direction of the temperature change.

Между подвижной и неподвижной пластинами конденсатора помещен материал, имеющий высокую относительную диэлектрическую проницаемость, например, сегнетоэлектрик. Этот диэлектрик помещен между пластинами емкости таким образом, что одна его часть плотно закреплена к неподвижной пластине емкости, а противоположная часть обращена к второй подвижной пластине. Между этой частью сегнетоэлектрика и подвижной пластиной устанавливается небольшой воздушный зазор, который подбирается таким образом, что при максимальном удлинении бруска из пластика подвижная пластина плотно прижимается к нему, а при минимальном размере бруска из пластика подвижная пластина емкости отодвигается от сегнетоэлектрика, и образует воздушный зазор. Устройство образует емкость, одна из пластин которой является подвижной.A material having a high relative permittivity, for example, a ferroelectric, is placed between the movable and fixed plates of the capacitor. This dielectric is placed between the plates of the container so that one part is tightly fixed to the fixed plate of the container, and the opposite part is directed to the second movable plate. A small air gap is established between this part of the ferroelectric and the movable plate, which is selected so that with the maximum elongation of the bar made of plastic, the movable plate is tightly pressed against it, and with the minimum size of the bar made of plastic, the movable plate of the tank moves away from the ferroelectric and forms an air gap. The device forms a container, one of the plates of which is movable.

Устройство также имеет источник возбуждения постоянного тока и контакты, необходимые для заряда емкости в момент максимального сближения пластин, и для снятия напряжения в нагрузку Rн в момент их максимального раздвижения.The device also has a direct current excitation source and the contacts necessary to charge the capacitance at the moment of maximum rapprochement of the plates, and to relieve voltage in the load Rн at the moment of their maximum expansion.

Известное устройство работает следующим образом.The known device operates as follows.

Когда изменяется внешняя температура, брусок меняет свои линейные размеры, и отодвигает или приближает подвижную пластину емкости, в зависимости от направления изменения температуры.When the external temperature changes, the bar changes its linear dimensions, and moves or moves the movable plate of the tank, depending on the direction of temperature change.

При помещении устройства в пространство с высокой температурой, брусок увеличивает свои размеры в осевом направлении и придвигает подвижную пластину к диэлектрику, имеющему высокую относительную диэлектрическую проницаемость, плотно прижимая ее к нему. В этом случае емкость устройства будет максимальной, и пропорциональной относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика, помещенного между пластинами емкости. В этом состоянии пластины подключаются к контактам источника возбуждения постоянного тока, после чего конденсатор заряжается зарядами до напряжения возбуждения. Далее источник возбуждения отключается и конденсатор отсоединяется от него.When placing the device in a space with a high temperature, the block increases its dimensions in the axial direction and moves the movable plate to the dielectric having a high relative permittivity, tightly pressing it to it. In this case, the capacitance of the device will be maximum, and proportional to the relative permittivity of the dielectric placed between the plates of the capacitance. In this state, the plates are connected to the contacts of the direct current excitation source, after which the capacitor is charged with charges to the excitation voltage. Next, the excitation source is turned off and the capacitor is disconnected from it.

При понижении температуры, например, ночью, брусок уменьшает свои линейные размеры в осевом направлении и отодвигает подвижную пластину от диэлектрика, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость, создавая зазор между ней и диэлектриком. В этом случае емкость устройства резко скачком упадет пропорционально снижению относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика вследствие появления воздушного зазора между пластиной емкости и диэлектриком. При этом емкость уменьшается, а напряжение вырастает. Когда подвижная пластина отодвинется на максимальное удаление от неподвижной пластины, напряжение вырастает до максимума, контакт подключается к ней и разряжает ее в сеть на нагрузку. Далее процесс повторяется с периодическим падением и ростом внешней температуры.When the temperature decreases, for example, at night, the bar decreases its linear dimensions in the axial direction and moves the movable plate away from the dielectric having a high relative permittivity, creating a gap between it and the dielectric. In this case, the capacitance of the device will drop sharply in proportion to the decrease in the relative permittivity of the dielectric due to the appearance of an air gap between the plate of the container and the dielectric. In this case, the capacity decreases, and the voltage rises. When the movable plate moves away to the maximum distance from the fixed plate, the voltage rises to the maximum, the contact connects to it and discharges it into the network for load. Further, the process is repeated with a periodic drop and increase in external temperature.

Вследствие падения емкости на конденсаторе, напряжение его пропорционально растет, и нагрузка получает напряжение, более высокое, по сравнению с напряжением источника возбуждения.Due to the drop in capacitance on the capacitor, its voltage increases proportionally, and the load receives a voltage that is higher than the voltage of the excitation source.

Недостатком известного устройства является возможность его работы только один раз в сутки, когда температура изменится и подвижная пластина емкости отойдет от твердого диэлектрика. Следующее срабатывание может произойти только после изменения температуры от min до max, когда подвижная пластина вновь подойдет к сегнетоэлектрику, плотно прижмется к нему, зарядится от источника возбуждения и отойдет от него, что возможно только в течение суток, когда температура внешней среды изменится от min до max и затем от max до min.A disadvantage of the known device is the possibility of its operation only once a day, when the temperature changes and the movable plate of the tank moves away from the solid dielectric. The following operation can occur only after a temperature change from min to max, when the movable plate approaches the ferroelectric again, presses tightly against it, charges from the excitation source and moves away from it, which is possible only during the day when the ambient temperature changes from min to max and then from max to min.

Задачей настоящего изобретения является устранение данного недостатка за счет устройства с электронным управлением и исполнительного устройства.An object of the present invention is to remedy this drawback with an electronically controlled device and an actuator.

Преимуществом такого устройства по сравнению с известным является более частое срабатывание преобразователя, что увеличивает его эффективность в течение суток в число срабатываний раз.The advantage of such a device compared to the known one is the more frequent operation of the converter, which increases its efficiency during the day by a number of times.

Технический результат заключается в повышении эффективности работы устройства.The technical result is to increase the efficiency of the device.

Устройство (фиг.) содержит блок управления 1, источник возбуждения 2, брусок 3 из любого диэлектрического материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры, исполнительное устройство 4.The device (Fig.) Contains a control unit 1, an excitation source 2, a bar 3 of any dielectric material having a large change in its linear dimensions when the external temperature changes, an actuator 4.

Брусок 3 подбирается такой длины, чтобы при понижении температуры его длина уменьшалась на расстояние, большее, чем необходимо для создания одного воздушного зазора. Например, если зазор будет необходим значением 1 мм, то длина бруска 3 должна уменьшиться на расстояние 5 или 10 мм, в зависимости от расчета числа срабатываний. The bar 3 is selected such a length that, as the temperature decreases, its length decreases by a distance greater than necessary to create one air gap. For example, if the gap is required with a value of 1 mm, then the length of bar 3 should decrease by a distance of 5 or 10 mm, depending on the calculation of the number of operations.

На фигуре представлены:The figure shows:

а) - положение системы при высокой температуре - t° max, емкость заряжается до напряжения возбуждения Uв;a) - the position of the system at high temperature - t ° max, the capacity is charged to the excitation voltage Uв;

б) - положение системы при понижении температуры, система отключается от источника возбуждения, пластины раздвигаются и емкость разряжается на нагрузку;b) - the position of the system at lower temperatures, the system is disconnected from the excitation source, the plates are moved apart and the capacitance is discharged to the load;

в) положение системы при придвижении пластины емкости исполнительным устройством;c) the position of the system when the capacity plate is moved by the actuator;

г) положение системы при втором срабатывании.d) the position of the system during the second operation.

Преобразователь работает следующим образом. Так же, как и в прототипе, при помещении устройства в пространство с высокой температурой, брусок увеличивает свои размеры в осевом направлении и придвигает подвижную пластину к диэлектрику, имеющему высокую относительную диэлектрическую проницаемость, плотно прижимая ее к нему (положение "а" на фиг.). В этом случае емкость устройства будет максимальной, и пропорциональной, относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика, помещенного между пластинами емкости. В этом состоянии пластины подключаются к контактам источника возбуждения постоянного тока, после чего конденсатор заряжается зарядами до напряжения возбуждения. Далее источник возбуждения отключается, и конденсатор отсоединяется от него.The converter operates as follows. As in the prototype, when placing the device in a space with a high temperature, the bar increases its dimensions in the axial direction and moves the movable plate to the dielectric having a high relative permittivity, tightly pressing it to it (position "a" in FIG. ) In this case, the capacity of the device will be the maximum, and proportional, relative permittivity of the dielectric placed between the plates of the capacity. In this state, the plates are connected to the contacts of the direct current excitation source, after which the capacitor is charged with charges to the excitation voltage. Next, the excitation source is turned off, and the capacitor is disconnected from it.

При понижении температуры, например, ночью, брусок уменьшает свои линейные размеры в осевом направлении и отодвигает подвижную пластину от диэлектрика, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость, создавая зазор между ней и диэлектриком (положение "б" на фиг.). В этом случае емкость устройства резко скачком упадет пропорционально снижению относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика вследствие появления воздушного зазора между пластиной емкости и диэлектриком. При этом емкость уменьшается, а напряжение вырастает. Когда подвижная пластина отодвинется от неподвижной пластины и появляется между ними воздушный зазор, напряжение вырастает до максимума, контакт подключается к ней и разряжает ее в сеть на нагрузку. Вследствие падения емкости на конденсаторе, напряжение его пропорционально растет, и нагрузка получает напряжение, более высокое, по сравнению с напряжением источника возбуждения.When the temperature decreases, for example, at night, the bar reduces its linear dimensions in the axial direction and moves the movable plate away from the dielectric having a high relative permittivity, creating a gap between it and the dielectric (position "b" in Fig.). In this case, the capacitance of the device will drop sharply in proportion to the decrease in the relative permittivity of the dielectric due to the appearance of an air gap between the plate of the container and the dielectric. In this case, the capacity decreases, and the voltage rises. When the movable plate moves away from the fixed plate and an air gap appears between them, the voltage rises to a maximum, the contact connects to it and discharges it into the network for a load. Due to the drop in capacitance on the capacitor, its voltage increases proportionally, and the load receives a voltage that is higher than the voltage of the excitation source.

После того, как емкость разрядится на нагрузку, нагрузка отключится от емкости, и по команде с электронного блока управления 1 исполнительное устройство 4 передвигает пластину с сегнетоэлектрическим материалом к другой пластине до полного удаления воздушного зазора между ними и фиксируется в этом положении (положение "в" на фиг.). Емкость снова подключается к контактам источника, после чего конденсатор вновь заряжается до напряжения возбуждения. Брусок 3 продолжает сокращаться в размерах, и через некоторое время вновь появится воздушный зазор между пластинами емкости. (Положение "г" на фиг.). И снова, вследствие падения емкости на конденсаторе, напряжение его пропорционально растет, и нагрузка получает напряжение, более высокое, по сравнению с напряжением источника возбуждения.After the capacitance is discharged to the load, the load is disconnected from the capacitance, and on command from the electronic control unit 1, the actuator 4 moves the plate with the ferroelectric material to another plate until the air gap between them is completely removed and is fixed in this position (position "in" in Fig.). The capacitance is again connected to the contacts of the source, after which the capacitor is recharged to the excitation voltage. The bar 3 continues to shrink in size, and after a while the air gap between the plates of the container will reappear. (Position "g" in Fig.). And again, due to a drop in the capacitance on the capacitor, its voltage increases proportionally, and the load receives a voltage that is higher than the voltage of the excitation source.

Далее процесс повторяется.The process is then repeated.

Claims (1)

Преобразователь энергии перепада температур, состоящий из емкости, одна пластина которой закреплена неподвижно, а вторая закреплена на подвижном диэлектрическом материале, который передвигается при помощи энергии электродвигателя, и имеет возможность отдаляться и приближаться к неподвижной пластине, источника возбуждения, и контактной системы, обеспечивающей заряд емкости при сближении пластин и разряд при максимальном их отдалении, отличающийся тем, что брусок из любого диэлектрического материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры, подбирается такой длины, чтобы при понижении температуры его длина уменьшалась на расстояние, большее, чем необходимо для создания одного воздушного зазора, и преобразователь дополнительно имеет электронный блок управления, управляющий исполнительным устройством, которое периодически по команде с электронного блока управления передвигает пластину с сегнетоэлектрическим материалом к другой пластине до полного удаления воздушного зазора между ними и фиксирует ее в этом положении. A temperature differential energy converter consisting of a capacitor, one plate of which is fixedly mounted, and the second is fixed on a movable dielectric material that moves with the help of electric motor energy, and has the ability to move away and approach a fixed plate, an excitation source, and a contact system that provides a charge of the capacitance when the plates approach each other and discharge at their maximum distance, characterized in that a bar of any dielectric material having a large change in its of linear dimensions when the external temperature changes, it is selected such a length that, with decreasing temperature, its length decreases by a distance greater than necessary to create one air gap, and the converter additionally has an electronic control unit that controls the actuator, which periodically upon command from the electronic unit control moves the plate with the ferroelectric material to another plate until the air gap between them is completely removed and fixes it in this position.
RU2014112479/07A 2014-03-31 2014-03-31 Temperature difference energy converter with electronic control RU2557066C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014112479/07A RU2557066C1 (en) 2014-03-31 2014-03-31 Temperature difference energy converter with electronic control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014112479/07A RU2557066C1 (en) 2014-03-31 2014-03-31 Temperature difference energy converter with electronic control

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2557066C1 true RU2557066C1 (en) 2015-07-20

Family

ID=53611656

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014112479/07A RU2557066C1 (en) 2014-03-31 2014-03-31 Temperature difference energy converter with electronic control

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2557066C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2762537C1 (en) * 2021-04-13 2021-12-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") Electromechanical temperature difference energy converter of step type

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09293907A (en) * 1996-04-24 1997-11-11 Science & Tech Agency Mounting structure and method of thermoelectric generating module
JP2002144297A (en) * 2000-11-09 2002-05-21 Japan Science & Technology Corp Temperature difference cycling power generating system, variable capacitance capacitor, and method of manufacturing the same
RU2236723C2 (en) * 2002-10-14 2004-09-20 Даниелян Макич Иванович Method for direct conversion of heat power to electric energy
JP2011071388A (en) * 2009-09-28 2011-04-07 Swcc Showa Cable Systems Co Ltd Thermoelectric conversion power generator
RU2489793C1 (en) * 2012-04-28 2013-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУВПО "КнАГТУ") Low-potential temperature differential energy converter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09293907A (en) * 1996-04-24 1997-11-11 Science & Tech Agency Mounting structure and method of thermoelectric generating module
JP2002144297A (en) * 2000-11-09 2002-05-21 Japan Science & Technology Corp Temperature difference cycling power generating system, variable capacitance capacitor, and method of manufacturing the same
RU2236723C2 (en) * 2002-10-14 2004-09-20 Даниелян Макич Иванович Method for direct conversion of heat power to electric energy
JP2011071388A (en) * 2009-09-28 2011-04-07 Swcc Showa Cable Systems Co Ltd Thermoelectric conversion power generator
RU2489793C1 (en) * 2012-04-28 2013-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУВПО "КнАГТУ") Low-potential temperature differential energy converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2762537C1 (en) * 2021-04-13 2021-12-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") Electromechanical temperature difference energy converter of step type

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019053403A3 (en) Energy storage system
WO2014118342A3 (en) Improved voltage boost for et modulator
WO2015051190A3 (en) Solid state energy storage and management system
JP2015015848A5 (en)
RU2489793C1 (en) Low-potential temperature differential energy converter
EP2704281A3 (en) Discharging circuit, image forming apparatus having the discharging circuit, and power supply unit
JP2008141840A (en) Generating set using electric field responsive high polymer
WO2011103354A3 (en) Systems, devices, and methods for providing backup power to a load
RU2557066C1 (en) Temperature difference energy converter with electronic control
AR120379A1 (en) LOAD LEVELING ELECTRICITY STORAGE SYSTEM FOR ELECTRIC HYDRAULIC FRACTURING
WO2017139284A3 (en) Capacitive energy storage cell, module and system
JP2015517785A5 (en)
WO2015054146A3 (en) Voltage regulator with charge pump for generating second voltage source
WO2013167667A3 (en) Increasing eap conversion efficiency by continuous current
KR101643817B1 (en) Apparatus for tracking maximum power point for energy harvesting system
WO2009136369A3 (en) Frequency controlled capacitive power converter
EP2000956A3 (en) power supply for RFID transponder
AShcherba et al. Modeling of nonlinear resistance of electro-spark load for synthesis of discharge circuit of capacitor by time parameters.
RU2564994C1 (en) Low potential converter of temperature drop energy with sulphur hexfluoride
RU2559290C1 (en) Piezoelectric primary temperature gradient power source
JP2009159664A (en) Generating set using electric field responsive high polymer
JP2009273201A (en) Electric power generating apparatus using electroactive polymer
RU2526535C2 (en) Converter of temperature difference energy with liquid metal electrode
WO2017139692A3 (en) Capacitive energy storage system
RU2762537C1 (en) Electromechanical temperature difference energy converter of step type

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160401