SK29694A3 - Method and device for regeneration of voltage source in form of primary cells - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu regenerácie zdrojov napätia prevedených ako primárne elementy privádzanou elektrickou energiou, ako aj zariadenia pre uskutočňovanie takéhoto spôsobu regenerácie.

Potera iši stav techniky

Primárne elementy napríklad primárne zdroje napätia sú už neodmysliteľné od denného života a používajú sa v n a j r ô z n e ..i δ 1 c h p r í s t r o j o c h, z a r i a d e o i a c h a 1 e b o p r 1. p r a v 1< o c: h. aby tam slúžili ako zdroj elektrického napätia pre z á s o b o v a n i e t ý c ti t o p r í s; t r o j o v, z a r i a d e o í a p r 1 p r a v k o v . Primárne zdroje napätia tohoto druhu sú napríklad mangánové, alkalické, zinkové--uhlíkové alebo iné . elementy, ktoré sa všetky vyznačujú tým, že majú po určitej pracovnej dobe oa výstupný cti póloch už len tak malé napätie, že predpísaná prevádzka pripojených spotrebičov nie je možná.

Spoločne s klesajúcim výstupným napätím dochádza elek trochemick ými zmenami vo vnútri tak ýchto primárnych elementov k zmene vnútorného odporu elementov, takže paralelne s menovitým napätím klesá taktiež výkon elementov. Typické je, že primárny element má napríklad v nezaťaženom, pôvodnom stave napätia 1,5 V. Element tohto druhu sa považuje za vypotrebovaoý, keď napätie kleslo asi na 1 až 1, 2 V.

Obvykle sa takto vypotrabované elementy dávajú s normálnym domácim a priemyslovým odpadom bez uváženia do zberu, čo je vzhľadom k materiálovému a chemickému zloženiu z hľadiska životného prostredia do značnej miery nevhodné, prípadne nebezpečné. Síce najnovšie sa tieto vypotrebované elementy zbierajú na oddelených miestach zberu a sú určené ku kι :ι ·l.r olovai n'·ιιυ zužitkovaniu ich časti, často je však element považovaný za vypi::itr chovaný vo vyššie popísanom zmysle, keď cioslalml spodnú hranicu napätia 1 až 1, 2 V, avšak časti elementu sú vlastne celkom intaktné.

Pritom .je potrebné všimnúť, že počas prevádzky sa meniace napätie elementu a s tým spojené zníženie schopnosti dodávať prúd, je spôsobené vlastne iba reakciami vznikajúcimi vo vnútri elementu počas doby používania.

Boli rôzne pokusy, pripadne spôsoby, ktoré vo vyššie popísanom zmysle mali vypotrebované primárne zdroje napätia oživiť s cieľom, aby boli schopné po ďalšiu dobu odovzdávať predom predpísaný výkon. Všetky dosial známe spôsoby majú taký nedostatok, že neumožňujú skutočne účinnú regeneráciu alebo .ju umožňujú veľmi malým spôsobom.

P o d s t a t a v v n á 1 e z u

Je preto úlohou predloženého vynálezu vytvoriť spôsob a zariadenie úvodom menovaného druhu, umožňujúceho regenráciu primárnych zdrojov napätia spôsobom, ktorým sa skoro dosahuje schopnosť výkonu nepoužitých, n e v y p o t r e b o v a n ý c h p r i. m á r n y c: h z. d r o .j o v n a p ä t i. a, p r i č om s p ô s o b a zariadenie má byť jednoduché a cenovo výhodne uskutočniteľné prípadne vyrobitelné, takže môžu pri nízkych výr' o b n ý c h n á k 1 a d o c h d o s i a b n u ť z n a č n é h o r o z š í r e n 1 a .

Úloha je riešená tým, že zdroj napätia, ktorý sa má regenerovať, je počas vopred stanovenom časovom Intervale napájaný v podstate periodicky privádzanými Impulzmi napätia s vopred urCitelnou amplitúdou a vopred určitelným množstvom impulzov.

Pr^tosťou spôsobu podľa vynálezu je v podstate to, že primárny zdroj napätia sa dá regenerovať tak, ako sa o to snažíme, ť.j. že sa skutočne dá dosiahnuť takmer dodávka výkonu, ktorý dosial bol dosiahnuteľný nepoužitými, nevypotrebovanými primárnymi zdrojmi napätia. Spôsob podľa vynálezu má naviae prednosť v tom, že je taktiež možné 'λ-·-...'-'./·/·. \ ··- . ·; L _·..;Λ^<ςιΐ·.' >/.i.Z*_____,r ·:·ύ ; i.·..·,'.L primárny zdroj napätia po opakovanom vybití. opakovane regenerovať, pr Lčoir, .po každom regeneračnom postupe .je možné opát dosiahnut približne pôvodnú séhopnosť výkonu. Naviac sa týmto spôsobom výhodne dosiahne to, že okrem úspory surovín sa taktiež zmierni problém s odpratávaním a primárny zdroj napätia sa musí dať do zberu až po opakovanej regenerácii, keď sa zistí skutočné vnútorné, neopraviteľné zničenie primárneho zdroja napätia.

spôsobu sú impulzy napätia krátku dobu nábehu, prípadne

Pri výhodnej úprave prispôsobené tak, že majú do beh u, čo znajnená, že ide o impulzy napätia so strmými.

bokmi, ktoré podstatne prispievajú k zvýšeniu efektu regenerácie.

Doby impulzov ležia prednostne medzi 10“³s až 2xl.O~'“^:5s, pričom sa dá doba impulzu v závislosti na regeneračnom elemente variabilné nastaviť., taktiež v závislosti na iných parametroch.

Tiež výhodná .je . variabilná frekvencia impulzov napätia a môže byť zvolená a použitá v uprednostnenom rozsahu od 2 do 200 Hz.

Nakoniec .je tiež výhodné, ak sa dá regeneračný prúd nastaviť v rozsahu od 5xlO^-3!A až 15A. Pritom je možné nastaviť regeneračný prúd v tomto rozsahu napríklad pevne,

t.. j . r e g e n e r o v a ť, a v závislosti na s konštantné pulzujúcim prúdom stave regenerácie primárneho zdroja napätia sa meniacimi amplitúdami impulzov napätia, je však tiež výhodné, nechať regeneračný prúd nastavovať samočinne v závislosti na vnútornom odpore zdroja napätia, ktorý sa má regenerovať, a to pri zvolených impulzov napätia s konštantnou, vopred určitelnou amlitúdou.

Zariadenia pre regeneráciu zdrojov napätia, prevedené ako primárne zdroje napätia, pomocou privedenej s t e. j n o sme r n e j e n e r g i. e, s a v y z n a č u j e n í. z k o o hm o v ým z d r o. j om ste .j n o s m e r n é h o n a p ä t i a, k t o r é h o s i g n á 1. s t e j n o s m e r n éh o napätia je vysielaný generátorom hodinových impulzov taktovaným spínacím zariadením, pričom výstup spínacieho geWgSi

Siŕii-bš.:· ;;ΐ·&\Κ&=ώ?2ί'£·, zariadenia, ktorý dodáva sled impulzov napätia, so dá spojiť «

s jedným pólom zdroja napätia, ktorý sa má regenerovať..

Výhodou zariadenia je v podstate to, že môže byť postavené jednoduchým spôsobom a v podstate z ceoovô výhodných komponentov, takže zariadenie má v podstate nízke celkové náklady na nákup surovín a môže sa preto hromadne používať v takmer všetkých súkromných a priemyslových oblastiach. Obvykle bude toto zariadenie odoberať pre svoju určenú prevádzku potrebnú primárnu energiu z všade existujúcich sietí, takže pre tento účel nutné prispôsobenie nevyžaduje pre zapojenie žiadne nákladné technické opatrenia, čo znamená, že sa môžu znovu bežne používať obobodované transformátory napätia alebo napájačie zdroje.

Výhodné je, keď spínacie zariadenie má akčné zariadenie pre určenie amplitúdy Impulzov napätia a regulačné zariadenie pre reguláciu regeneračného prúdu, ak má byť nastavený konštantné pri meniacej sa amplitúde impulzov napätia v závislosti. na stupni . regenerácie primárneho zdroja e., napätia, kbrý má byť regenerovaný.

Charakteristika regulácie regulačného zariadenia môže byť prispôsobená meniacemu sa vnútornému odporu, v závislosti oa stupni regenerácie zdroja napätia, je ale taktiež možné voliť inú regulačnú charakteristiku, ak je to nutné prípadne vhodné pre druh regenerovaného zdroja energie a ak sú nutné alebo požadované zvláštne regeneračné c h a r a k t e r .1. s t i k y .

Nakoniec je vhodné nastaviť alebo vopred určiť časový interval regenerácie zdroja napätia, ktorý má byť regenerovaný, na tento časový interval nastaviteľným časovačom, takže po ukončení procesu regenerácie sa regenerácia automaticky ukončí, čo znamená, že sa vypne zdroj primárneho napätia.

ľ’rehlad obrázkov na výkrese

Vynález teraz bude s ohľadom na priložené schematické výkresy na príklade prevedenia podrobne popísaný. Tieto ukazujú:

Obr.1 Zariadenie pre realizáciu spôsobu regenerácie zdrojov napätia v blokovej schéme, o b r . 2 p o d r o b n e p o d ľ a o b r á z k u 1 r o z p r a e o v a n ý p r 1 k 1 a d prevedenia zariadenia s detailným znázornením t e e h n o 1 ó g i e o b v o d o v, obr.3 priebeh napätia primárneho zdroja napätia v závislosti na dobe, pri zaťažení Gtimi obrnami odpovedajúcimi 250mA, pričom krivka A ukazuje nepoužitý zdroj napätia, krivka E) priebeh napätia po prvej regenerácii a krivka C po druhej regenerácii, obr,.4 v pôdoryse skrinka zariadenia pre vloženie väčšieho počtu zdrojov napätia, ktoré majú byť regenerované.

Príklady prevedenia vynálezu

Zariadenie 10 P r e p r e v e d e n 1 e s p ô s o b u b u d e n a j s k ô r popísané pomocou blokovej schémy znázornenej na obrázku 1: Nízkoohinový zdroj stejnosmerného napätia 23 môže byť tvorený napríklad vhodne dimenzovaným napájaním zdrojom, ktorý na strane vstupu môže byť níipojený na 1 u bo voľne vhodný a vhodným spôsobom prispôsobený sieťový zdroj striedavého napätia. Zdroj stejnosmerného napätia ’ 23 dodáva známym spôsobom stejnosmerné napätia, poprípade signál stejnosmerného napätia 13 na vstup 17 spínacieho zariadenia

14. Na Spínacie zariadenie 14 pôsobí bezprostredne generátor hodinových impulzov 15, ktorý spôsobuje, že zo signálu stejnosmerného napätia 13 je na strane výstupu 16 dodávaný sled impulzov napätia 18» ktoré sú akčným z a r'.ladením 21, , ktoré taktiež spolupôsobí s taktovaným spínacím zariadením 14, vo vzťahu na dĺžku impulzov nastaviteľné. Dĺžka Impulzov k w ·,' Z . \l . \ι jednej ροΊ.ρι τ .i ody sledu impulzov :1..8 ...ie napr íklad dll”iá 1.8.....^/;'’s až 2x18......^;,s .

U a k e n o m z a r 1 a d e n í 21 môžu by Ľ taktiež usporiadané akčné alebo regulačné členy, ktorými je možné nastaviť regeneračný pr úd v rozsahu od Sxl8^a až 15A.

Generátor hodinových impulzov 15 sa dá tiež nastaviť, prípadne zregulovať tak, že sa s ním dá nastaviť frekvencia impulzov napätia 18, napríklad v rozsahu od 2 do 280 llz.

Časovač 22 Je spojený so spínačom 24 tak, že impulzy napätia 18 na výstupe 16 taktovaného spínacieho zariadenia 14 . môžu byť privádzané na pól 18 regenerovaného zdroja napätia 11. Druhý pól 20 zdroja napätia 11, ktorý má byť regenerovaný, je celkom známym spôsobom spojený s druhým pólom zdroja stejnosmerného napätia 23, v tomto prípade s jeho kostrou. Časovač 22 môže byť vyrobený nastaviteľné, takže priebeh regenerácie môže vopred určeným spôsobom, tzn. že napojením zdroja napätia 11, ktorý má byť regenerovaný, na sled Impulzov napätia 1.8, prebieha vo vopred určenom časovom intervale. Ak je dosiahnutý koniec časového intervalu, otvorí sa spínač 24. ktorý bol predtým tlakom tlačidla časového intervalu uzatvorený, takže nastáva automaticky prerušenie prívodu sledu impulzov napätia 1.8 k regenerovanému zdroju napätia 11.

Nech je poukázané na to, že zariadenie 18 je v podstate prevedené tak, že vzniká možnosť, aby s ti dal nastaviť konštantný regeneračný prúd v závislosti, na vnútornom odpore renerovaného zdroja napätia 1.1 /nabíjanie konštantným prúdom, prípadne regenerácia/, ale tiež aby sa dal regulovať podľa potreby alebo aby sa samostatne dal behom regeneračného procesu regulovať podľa meniaceho sa vnútorného odporu regenerovaného zdroja napätia 11.

Obrázok 2 ukazuje zariadenie podľa obrázku 1 s detailným znázornením príkladu prevedenia.

Napätie sa dodáva do zariadenia transformátorom 25 napojeným na normálnu spotrebiteľskú sieť. Jedným pólom sekundárnej strany transformátora 25 sú spojené dva kondenzátory 2G a druhým pólom dve diódy 30, ktoré spolu p r a e u J ú c e z a r i a d e n i e,

Tým je vytvorený známym s t e .j n o smer n ého n a p ä t i a pr e tvor i. a z n á m y m s μ > ô s o ti o m usrnernovač'-zdvo jovač napätia. spôsobom ní zk oolmíový zdroj *

z á s o b o v a n i. e · n á s 1 e d u j ú e i g h f u n k č n ý e h s t u p> ň o v za r i a d e n i. a 10 .

K tvorbe a 'formovaniu impulzov so strmými, bokmi, nutnými pre vysoko účinný efekt regenerácie dochádza v generátore hodinových impulzov prípadne vysielači impulzov 15. Tento pracuje ako asymetrický multivibrátor s tranzistormi 27 a 28 a vytvára a formuje požadované impulzy s frekvenciou impulzov 2 -- 5 Hz. Ďalšími tvarovacími obvodmi impulzov sa tieto následne zosl.lujú a privádzajú k elektronickému spínaču 1,4.Potom sa tieto impulzy napätia vedú k tej časti elementy, ktoré zariadenia elementov zariadenia a prípadne zariadenia, do ktorej sa môžu vkladať s a m a. j ú r e g en e r o v a ť . P r e z a i. s t e n i e v čiom pre regeneráciu usporiadaných zdrojov napätia .11, môže mať obvod takzvanú vypínaciu automatiku priebeh regenerácie, prípadne rýchleho nabíjania obmedzí na vopred určenú dobu, napríklad maximálne 25 minút. Podľa

29, ktorá potreby spínania sa môže opakovaným stlačením tlačidla znovu aktivovať regeneračný časového prípadne rýchlonabíjačí proces na vopred stanovenú dobu.

Obrázok 3 ukazuje .priebeh výstupného napätia zdroja napätia v časovej závisloti na vybíjaní, zaťažovaním odporom 5 ohmov rovnajúcim sa asi 250 mA. Po asi dvanáctich hodinách pokleslo napätie zdroja .11. z .1,5 V na 1,2 7. 250 m A zodpovedá zhruba prúdovému požiadavku žiarovky, ktorá je typická pre používané vreckové svietidlá. Prvý priebeh vybíjania zdroja napätia 11 je reprezentovaný krivkou A Λ obrázku 3. Ide pritom o nepoužívaný nový zdroj napätia 1.1.

Po prvej regenerájcii počas asi 20 minút, dodáva zdroj napätia regenerovaný spôsobom a zariadením podľa vynálezu opäť asi menovité napätie 1,5 V. Následné zaťaženie regenerovaného zdroja napätia 11, pri .dodržaní vyššie uvedených parametrov zaťaženia, ukazuje po dvanáctich

hodinách krivka B, zaťaženia Ä. Ešte vynálezu a ktorá takmer c o el p o v e d á p ô v o d n e „j k r j., v k e spôsobom podlá minút.

ďa J., š i e r e 9 en e r o v a n i e zariadením podlá vynálezu 10 po dobu 2í vedie opäť k dosiahnutiu menovitého napätia 1, 5 V, pričom sa pri dodržaní predpísaných parametrov získa krivka C, ktorá sa len nepatrne odlišuje od kriviek A a B.

Pokusy dokázali, že sa bežne obchodované primárne zdroje napätia dobrej kvality môžu predpísaným spôsobom regenerovať 10 x. p r i. C om . i c h v ý k o n n o s ť s i g n i f i k a n tne n e k 1 e s n e.

Spôsobom podlá vynálezu sa docieli, že pôsobenie vo vnútri primárneho· zdroja napätia 11 prebiehajúcich chemických prípadne elektro-chemických reakcií sa obráti. M o r m á 1 n a e 1 e k t r o e h em i c k á r e a k c i a p r· i z a p o J e n ó m e 1 e k t r i c k om s p o t r e: b i č i s p ô s o b u .j e e 1 e k t r o 1 y t i e k ý p o v 1 ak n a e 1 e k t r ύ d a c h, ktorý má izolačné pôsobenie. Spôsobom podlá vynálezu v y n á 1. e z u s ti e 1. é k t r ó d y z b a v 1 a d o s i a h n u ď a 1 e k o s i a h 1 e o b n o v e n i e pôvodného výkonu, prípadne pôvodnej kapacity.

Obrázok 4 ukazuje, skrinku zariadenia 10 pre uloženie niekoľkých zdrojov napätia 11, ktoré sa majú regenerovať. Môžu sa vkladať rozdielne zdroje napätia 11 určené pre nabíjanie a regenerovať jednotlivo alebo súčasne.

Ešte je treba poukázať na to, a zariadenie podlá vynálezu 10 ale taktiež pre obzvlášť z d r o .j o v n a p ä t i a, t. j .

pričom sa pritom neodchýli od princípu r e 9 e n e r á c i e, μ > r í. μ > a d n 1? n a i: > í .j a n i e im μ > u 1. z a m j.

a zariadením 10 podlá izolačného povlaku, takže regeneráciu, sekundárnych akumulátorov, vynálezu, t.j že spôsob podlá vynálezu nie sú vhodné iba pre r ý c 111. e n a b í. j a n i e rôznych druhov napätia po určitú dobu s vopred určenou dobou impulzu.

a m p 1 i t ú d y, f r e k v e n c i e a p o d - T a k t i e ž sekundárnych zdrojov napätia sa spôsob a zariadenie podlá vynálezu ukázali ako a vhodné.

pre podlá nabíjanie vynálezu velmi.. efektívne

Claims (2)

1^:) ATÉN T O ú E N Á l\ O K Y

1. Spôsob regenerácie primárnych zdrojov napália privádzanou elektrickou energiou, v y z n a č u j ú e i s a t ý m, že zdroj napätia, ktorý má' byt regenerovaný, je napájaný po vopred určený časový úsek v podstate periodicky privádzanými Impulzami napätia s vopred určitelnou amplitúdou ca s vopred určitelnou dobou impulzu.

2. Spôsob podľa nároku 1, v y z n a č u j ú c .1. s a t ý m, že Impulzy napätia majú krátku dobu nábehu a dobehu.

; 3. Spôsob podľa jedného z nárokov 1 alebo 2, ' · vyzná č u j ú c i s a t ý m, že doba impulzu leží medzi 10“³s až 2xl0“³⁵s.

' 4. Spôsob podľa jedného alebo viacerých nárokov 1 až 3, ž vyznačujúci s a t ý m, že impulzy napätia i sú privádzané s frekvenciou v rozsahu od 2 do 200 Hz.

; 5. Spôsob podľa jedného alebo viacerých z n á r oko v .1. až 4, í

J v y z n a č u j ú c i s a t ý m, že regeneračný | * prúd pôsobí v rozsahu v 5x10^-5” A až ISA.

i t

> * 6. Spôsob podľa nároku 5, v y z n a č u j ú c i s a | t ý m, že regeneračný prúd je nastaviteľný alebo í regulovateľný v závislosti na vnútornom odpore zdroja j napätia, ktorý má byt regenerovaný.

í

- 7. Zariadenie pre regeneráciu primárnych zdrojov napätia privádzanou elektrickou energiou, v y z n a č u j ú c e

1 s a oízkoohmovým zdrojom stejnosmerného napätia /23/, ' ktorého signál stejnosmerného napätia /13/ .je predávaný generátorom hodinových Impulzov /15/ taktovanému

>

..... 7. O spínaclem zariadeniu /14/, pričom výstup /16/ spínacieho zariadenia /14/. ktorý dodáva sled impulzov napá Lla/18/

...je spojený . s jedným pólom /1.9/ zdro ja napätia /11/ pre jel-.o regeneráciu.

8. Zariadenie podľa nároku 7, v v z n a o u i ú e e sa w

t ý m, že spínacie zariadenie /14/ obsahuje akčné zariadenie /21/ pre stanovenie amplitúdy impulzov napätia. ·

9. Zariadenie podľa jedného alebo obidvoch nárokov 7 alebo 8, vyznač u j ú c e sa t ý m, že spínacie zariadenie /14/ má regulačné zariadenie pre reguláciu regeneračného pr údu.

10. Zariadenie podľa nároku 9. v y z n a č u j úi e e s a t ý m. že charakteristika regulácie regulačného zariadenia .je vyladená s vnútorným odporom zdroja napätia /11/ meniacim sa v závislosti na stupni regenerácie.

11. Zariadenie podľa jedného alebo viacerých z nárokov 7 až

10, v y z n í) č u j ú c e val regenerácie zdroja s a t ý m, že časový interna pätia /11/ sa dá nastaviť nastaviteľným časovačom /2 a so v é h o intervalu, .i í·;·:.;.;?. t^VuC /znám vzťahových značiek

10 zariadenie

11. z d r o ...i n a p ä t i a / ·; e g e n e r o v a n ý /

12 i m pulzy napätia

13 signál steJnosmerného napália

14 tak t o varič spínacie zariadenie

15 g t; n e r á t n r h n d i. n n v ý c h i. m p u 1 z o v 10 výstup spínacieho zariadenia

17 vstup spínacieho zariadenia

18 sled impulzov napália

19 pól /zdroj napätia/

20 pól /zdroj napätia/

21 akčné zariadenie

22 časovač

23 zdroj steJnosmerného napália

24 spínač

25 bransformátor

26 kondenzátor

27 tranzistor

28 tranzistor

29 vypínacia automatika

30 dióda

31 tlačidlo časového spínania