Инвертор энергии турбулентного потока в электрический заряд
Полезная модель относится к альтернативной энергетике и может быть использована при проектировании маломощных электрогенераторов без подвижных элементов, преобразующих энергию турбулентного потока, а также сотрясений и вибраций в электрический заряд. Техническим результатом полезной модели является обеспечение преобразования энергии турбулентного потока, а также сотрясений и вибраций в электрический заряд. Для достижения технического результата в инверторе, содержащем консольно закрепленный пъезопреобразователь, разрядник и деформатор пъезопреобразователя, на свободном конце пъезопреобразователя жестко размещают плохообтекаемое тело, обрамленное кольцевым ограничителем деформации, деформатор выполнен в виде плохообтекаемого тела, жестко закреплен на свободном конце пъезопреобразователя, а ограничитель деформации прикреплен с помощью введенных в устройство стоек к основанию. Полезная модель содержит пъезопреобразователь 1, консольно закрепленный на основании 2, снабженном присоединительным элементом 3 для крепления устройства к внешней опоре. Свободный конец пъезопреобразователя 1 снабжен плохообтеакемым телом 4. На основании 2 закреплены стойки 5, верхние концы которых соединены с ограничительным кольцом 6. В основании 1 размещен электрический аккумулятор 7, в который через разрядник 8 импульсами стекают заряды с обкладок 9 и 10 пъезопреобразователя 1. Турбулентный поток воздействует на плохообтекаемое тело 7, как следствие происходит деформация пъезопреобразователя 1 до соприкосновения плохообтекаемого тела 4 с ограничительным кольцом 6, на обкладках 9 и 10 возникает разность потенциалов Un=q/С, где q - заряд, вызванный деформацией пъезопреобразователя 1, С - емкость между обкладками 9 и 10. При превышении Un напряжения пробоя разрядника 8 заряд q стекает через разрядник 8 в электрический аккумулятор 7, с выхода которого может подаваться в нагрузку. Для преобразования сотрясений и вибраций в электрический заряд плохообтекаемое тело выполнено в виде инерционной массы. Перспективно применение предложенного инвертора для построения компактных подзарядных устройств для мобильных телефонов, при условии крепления этих устройств к транспортному средству, ветке дерева, при опускании воспринимающего элемента в ручей и т.д., а также для питания датчиковой и другой маломощной аппаратуры в полевых условиях. 1 незав., 12 зав. п-ов ф-лы, 5 ил.
Полезная модель относится к альтернативной энергетике и может быть использована при проектировании маломощных электрогенераторов без подвижных элементов, преобразующих энергию турбулентных потоков, сотрясений или вибраций в электрический заряд.
Наиболее близким известным устройством аналогичного назначения является пьезоэлектрическая зажигалка для газовых конвекторов TERMO Konvektor совместного производства фирм TERMOMAX и WELL /см. сайт http/www.well.uz.ru/.. В прототипе пьезоэлектрический преобразователь в виде протяженного пъезоэлемента консольно закреплен а на свободный конец через воспринимающий элемент /деформатор/ воздействует внешняя сила, в результате которой на обкладках пъезоэлемента накапливается заряд и возникает разность потенциалов, достаточные для пробоя воздушного зазора в несколько миллиметров. Накопленного заряда достаточно для искрового пробоя между электродами разрядника и поджига газовой горелки конвектора при нажатии кнопки, связанной со свободным концом консольно закрепленного пъезопреобразователя. Однако прототип не обеспечивает преобразование энергии турбулентного потока в электрический заряд с целью построения маломощного инвертора.
Техническим результатом изобретения является обеспечение преобразования энергии турбулентного потока в электрический заряд с целью обеспечения питания электрическим током маломощных потребителей.
Для достижения технического результата воспринимающий элемент выполнен в виде плохообтекаемого тела, помещенного в поток, а электрический заряд, индуцируемый на обкладках пъезопреобразователя в результате деформации от давления потока на плохообтекаемое тело, вызывает периодический искровой пробой разрядника, проходя через который электрический заряд накапливается в электрическом аккумуляторе, с выводов которого используется для электропитания маломощных потребителей.
На Фиг.1 показана структура инвертора с частичным разрезом трубчатого пъезопреобразователя 1, на Фиг.2 показано размещение электродов 9 и 10 на поверхностях пъезопреобразователя 1, на Фиг.3 приведен вариант устройства с защитным кожухом 11 для работы при наличии атмосферных осадков, на Фиг.4 изображена конструкция пъезопреобразователя 1 с несколькими плоскими пъезоэлементами для работы при сотрясениях, воспринимаемых элементом 13 и передаваемых на пъезопреобразователь 1 через элемент 12. На Фиг.5 изображен воспринимающий элемент 13 в виде неуравновешенной лопатки для работы в движущихся потоках жидкостей.
Инвертор содержит пъезопреобразователь 1, консольно закрепленный на основании 2, снабженном присоединительным элементом 3 для крепления устройства к внешней опоре. Свободный конец пъезопреобразователя 1 снабжен плохообтекаемым телом 4. На основании 2 закреплены стойки 5, верхние концы которых соединены с ограничительным кольцом 6. В основании 1 размещен электрический аккумулятор 7, в который через разрядник 8 импульсами стекают заряды с обкладок 9 и 10 пъезопреобразователя 1. Напряжение пробоя разрядника 8 выбрано в пределах от ЗВ до 1500 В в зависимости от интенсивности внешнего воздействия на пъезоэлемент 1 и конструкции последнего. Турбулентный поток воздействует на плохообтекаемое тело 4, как следствие происходит деформация пъезопреобразователя 1 до соприкосновения плохообтекаемого тела 4 с ограничительным кольцом 6, на обкладках 9 и 10 возникает разность потенциалов Un=q/С, где q - заряд, вызванный деформацией пъезопреобразователя 1, С - емкость между обкладками 9 и 10.
При превышении Un напряжения пробоя разрядника 8 заряд q стекает через разрядник 8 в электрический аккумулятор 7, с- выхода которого может подаваться в нагрузку.
В качестве плохообтекаемого тела можно использовать Зх-12 ти лепестковый веер из пластика или жести. Пъезопреобразователь 1 может состоять из одного или нескольких плоских или трубчатых пъезоэлементов, обкладки которых соединены попарно параллельно. На Фиг.3 показан вариант пъезопреобразователя 1 с одним трубчатым элементом, работоспособного при наличии атмосферных осадков в виде дождя или снега, с защитным кожухом 11 вокруг стоек 5 и с нижним расположением плохообтекаемого тела 4. В этом варианте пъезоэлемент защищен от прямого попадания на него влаги во время дождя или снега. Дополнительной мерой защиты от влияния влаги на эффективность работы устройства служит покрытие электродов пъезопреобразователя тонким влагонепроницаемым слоем полимерного лака, например. На Фиг.4 приведена конструкция пъезопреобразователя 1 с несколькими плоскими пъезоэлементами с вариантом создания внешней силы от сотрясений, вибраций, воздействующих на пъезопреобразователь 1 через присоединительный 12 и воспринимающий 13 элементы. Внешняя сила FB создается за счет инерционной массы m воспринимающего элемента 13: FB=m g, где g - ускорение от сотрясений и вибраций. Этот вариант позволяет, например, накапливать электрический заряд от механических сотрясений и вибраций при установке устройства на любое подвижное средство или оборудование. При наличии внешнего, не обязательно турбулентного потока, воспринимающий элемент 13 может быть выполнен в форме неуравновешенного тела, совершающего колебательные движения или вибрации как в ламинарном, так и в турбулентном потоке, например в форме изогнутой лопатки, изображенной на Фиг.5. Этим обеспечивается как преобразование энергии от вибраций и сотрясений, так и энергии потока газа или жидкости.
Величина заряда на обкладках 9 и 10 пропорциональна частоте и амплитуде деформации пъезопреобразователя, геометрическим размерам и количеству пъезоэлементов в пъезопреобразователе 1. При серийно изготавливаемых пъезоэлементах с максимальными размерами на уровне 10 см можно обеспечить интегральную выходную мощность электрических разрядов через разрядник 8 на уровне до десятков Ватт. Перспективно применение предложенного инвертора для построения компактных подзарядных устройств для мобильных телефонов, при условии крепления этих устройств к транспортному средству, ветке дерева, при опускании воспринимающего элемента в ручей и т.д., а также для питания датчиковой и другой маломощной аппаратуры в полевых условиях.
1. Инвертор энергии турбулентных потоков в электрический заряд, содержащий консольно закрепленный пьезопреобразователь, разрядник, деформатор пьезопреобразователя, отличающийся тем, что деформатор жестко закреплен на свободном конце пьезопреобразователя, выполнен в виде плохообтекаемого тела и снабжен ограничителем деформации, прилепленным на стойках к основанию.
2. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что плохообтекаемое тело выполнено в виде инерционной массы m с обеспечением силы деформации пьезопреобразователя силой FB=m
g, где g - ускорение внешней вибрации или сотрясения.
3. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что плохообтекаемому телу придана форма, обеспечивающая его колебания или вибрации при воздействии на него потока жидкости или газа.
4. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что в него введен электрический аккумулятор и подключен через электрический разрядник к обкладкам пьезопреобразователя.
5. Инвертор по п.13 отличающийся тем, что плохообтекаемое тело выполнено в виде 3-12-лепесткового веера.
6. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что снабжен защитным кожухом, облегающим стойки, на которых закреплен ограничительный элемент, и размещен относительно земной поверхности основанием вверх, плохообтекаемым телом вниз.
7. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что его основание снабжено кронштейном со струбциной для крепления к внешним предметам и конструкциям.
8. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что пьезопреобразователь выполнен по крайней мере из двух пьезоэлементов, электроды которых соединены попарно-параллельно.
9. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что наружные поверхности электродов пьезопреобразователя покрыты тонким слоем влагонепроницаемого диэлектрика.
10. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что отношение длины к поперечным размерам пьезопреобразователя выбрано не менее пяти.
11. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что напряжение пробоя электрического разрядника выбрано в пределах от 3 до 1500 В.
12. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что в качестве электрического разрядника используется динистор или тиристор.
13. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что в качестве электрического аккумулятора используются параллельно включенные электрический конденсатор и ограничитель напряжения.
