Патент на получение энергии

способ и устройство для получения тепловой энергии

Изобретение предназначено для получения тепловой энергии. Устройство и способ получения тепловой энергии заключается в контактировании воды и горячего масла в реакционном аппарате, которое приводит к интенсивной реакции с выбросом очень горячих газов в виде языка пламени с образованием большего количества тепловой энергии, чем при горении только одного масла. Изобретение позволяет получить больше энергии и достичь более высокой температуры. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2142094

Настоящее изобретение относится к способу получения тепловой энергии в непрерывном процессе и к устройству для осуществления этого способа.

Известно использование масла в качестве теплового носителя в теплообменниках для производства пара. Так, в патенте США 2222575 описано охлаждение горячего масла прямым контактом масла с охлаждающей водой, которая немедленно испаряется, образуя используемый пар. Горячее масло подается насосом в камеру с температурой около 343 o C, а на поверхность масла из большого количества форсунок разбрызгивается вода. При взаимодействии воды с маслом вода испаряется, охлаждая при этом масло, которое заменяется новым горячим маслом. В патенте США 4207840 описан парогенератор, имеющий сферический аппарат, где в нижней части находится масляная ванна, которая постоянно нагревается снизу путем, например, сжигания древесины. Для образования пара в нагретое масло под его верхний уровень инжектируется вода, которая за счет непосредственного контакта с нагретым маслом испаряется и поднимается на поверхность масла, с нее образовавшийся пар поднимается вверх и выводится из сферического аппаратное масло (около 350 o C) и вода вместе подаются в сосуд и разбрызгиваются в нем в виде небольших капель, столкновение которых сопровождается испарением воды и стеканием вниз частично охлажденного масла, которое собирается в нижней части сосуда. В патенте США 4207840 описан парогенератор, в котором имеется сферический аппарат, в нижней части которого находится масляная ванна, которая постоянно нагревается снизу путем, например, сжигания древесины. Для образования пара в нагретое масло под его верхний уровень инжектируется вода, которая за счет непосредственного контакта с нагретым маслом испаряется и поднимается на поверхность масла, с которой образовавшийся пар поднимается вверх и выводится из сферического аппарата.

Более близким известным техническим решением к предложенному изобретению является решение по патенту США 4164202, в котором описаны способ и устройство для получения тепловой энергии, когда горячее масло (около 350 o C) и вода имеете подаются в сосуд и разбрызгиваются в нем в виде небольших капель, столкновение которых сопровождается испарением воды и стеканием вниз частично охлажденного масла, которое собирается в нижней части сосуда.

Новый способ получения тепловой энергии по сравнению с известными способами позволяет получить больше энергии и достичь более высокой температуры.

Предлагается такой способ получения тепловой энергии в непрерывном процессе, основанный на использовании масла, заключается в том, что вода контактирует с маслом, предварительно нагретым до температуры выше 250 o C. В соответствии с изобретением процесс проводят в аппарате, в который подают воздух, а контакт воды с маслом осуществляют путем распыления воды по поверхности горячего масла.

В предпочтительной форме реализации изобретения до начала подачи воды масло нагревают до необходимой температуры, а после начала подачи воды нагревание масла прекращают.

При этом уровень горячего масла поддерживают внутри аппарата, который имеет выходное открытое сопло и по крайней мере одну форсунку, расположенную на его стенке выше уровня масла, при этом вода распыляется из форсунки (форсунок) поверх масла, а тепло выходит из аппарата через его выходное сопло.

Целесообразно используемому аппарату придать форму конуса, сужающегося от основания вверх к верхнему отверстию, которое либо само образует выходное сопло, либо соединено с выходным соплом.

Желательно в качестве нагреваемого масла использовать насыщенное масло.

Наиболее предпочтительным является использование растительного масла.

Целесообразно при употреблении растительного масла предварительно нагревать его до температуры 310 o C.

В предпочтительной форме реализации способа рекомендуется, чтобы количество масла по отношению к количеству воды не превышало 50 частей по весу.

При ведении указанного процесса можно применять вместо пресной морскую воду.

В устройстве для осуществления способа в соответствии с изобретением камера для проведения реакции имеет устройство для подвода воздуха, а распыление воды осуществляют по поверхности горячего масла.

Особенности, детали и преимущества изобретения станут более ясными из описания его предпочтительных вариантов выполнения с ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 показывает устройство в виде нагревательной печи, оборудованной для предлагаемого в изобретении способа,
фиг. 2 — схематично один вариант реакционного аппарата, который используется в предлагаемом устройстве согласно изобретению,
фиг. 3 — схематично другой вариант реакционного аппарата, который используется в предлагаемом устройстве согласно изобретению.

Предлагаемый в изобретении способ предусматривает контакт воды с маслом, предварительно нагретым до температуры, которая зависит от вида масла, и добавление воздуха. При этом происходит выброс тепла, который можно сравнить с образованием очень большого и горячего языка пламени. Это означает, что во время процесса происходит очень интенсивное горение, которое сопровождается выделением тепла. Таким образом, получение энергии заключается в переносе энергии и получении тепла. Реакцию между горячим маслом и водой можно получить очень простым путем, используя, например, пищевое масло, кастрюлю и термометр для измерения высокой температуры. Вначале в кастрюлю нужно вылить полный стакан масла и нагреть его до 310 o C. Затем масло медленно заливается водой. Сразу же появившееся пламя остается до тех пор, пока присутствует вода, поэтому может быть добавлено некоторое ее количество. При этом речь не идет о получении пара, а происходит своего рода горение, сопровождающееся потреблением соответствующего количества масла и воды. Такую же реакцию можно осуществить при температуре от 310 до 320 o C с использованием масла, применяемого в тормозных системах автомобилей, или автомобильного моторного масла.

Необходимо подчеркнуть, что температура масла обычно должна быть ниже температуры его сгорания, т.е. масло до контакта с водой не должно гореть, и только в результате контакта масла с водой начинается новый вид горения. Это свидетельствует о наличии специфической реакции, в которой участвуют масло и вода. Для нагрева масла до необходимой температуры без его воспламенения до контакта с водой процесс предварительного подогрева некоторых видов масел можно проводить под давлением, превышающим атмосферное.

В трех упомянутых выше патентах, в которых речь идет о получении пара, вода контактирует с маслом при температуре 343 o C и никакого горения не происходит. Важно отметить, что при температуре 343 o C все конечные продукты перегонки нефти напоминают собой масло, однако по существу многие из них представляют собой комплексные соединения, которые в действительности не являются маслом, как, например, битумы. Нельзя ответить положительно или отрицательно относительно возможности взаимодействия воды с таким специфическим «маслом» при температуре, опыты при которой даже не проводились, однако необходимо обратить внимание на специфический характер такого «масла».

Доказано, что эффективность предлагаемого способа может быть очень высокой, если использовать специальную камеру и разбрызгивать в ней воду на поверхности горячего масла, предварительно нагретого, например, посредством электроподогрева, заканчивая нагревание масла в начале процесса и сохраняя затем масло в горячем виде при непрерывной подаче в камеру холодной воды (от 10 до 20 o C).

В качестве такой камеры целесообразно использовать аппарат, имеющий форму конуса, сужающегося вверх к расположенному в его верхней части отверстию. Кроме того, было установлено, что для получения лучших результатов в камеру или аппарат следует вводить воздух. Для подачи в аппарат воды и ее разбрызгивания, а также для подачи в него воздуха можно использовать обычную нефтяную форсунку, работающую не на нефти, а на воде.

В качестве масла предпочтительно использовать насыщенное масло, такое, как насыщенное животное или насыщенное растительное масло. Установлено, что использование растительного масла более эффективно, поскольку при этом необходимая температура запуска составляет около 310 o C. Однако можно успешно использовать и легкое растительное масло. С другой стороны, температура запуска во избежание предварительного химического разложения масла не должна быть слишком высокой.

При грубом контроле процесса отношение масла к воде в аппарате должно составлять по весу приблизительно 40 к 60, однако при использовании меньшего количества масла и тонком, в частности электронном, контроле параметров процесса, таких, как расход масла, воды и воздуха и диаметр струи на выходе из форсунки, это соотношение может быть соответственно снижено.

Возможно использование морской воды, что может даже улучшить показатели системы.

Были проведены исследования этого основного процесса применительно к двигателям эндотермического типа, которые дали вполне удовлетворительные результаты и показали возможность осуществления процесса переноса энергии с минимальными потерями. Предлагаемый способ может найти очень широкое применение, в частности, в самолетах, ракетах, вертолетах, судах на воздушной подушке, танках, автомобилях, плавучих и транспортных средствах или других объектах, в которых происходит процесс горения, а также, как описано ниже, в горелках нагревательных систем бытового и промышленного назначения и в различных промышленных плавильных печах.

Опасность возможного взрыва полностью устранена, поскольку сами по себе компоненты реакции являются негорючими вплоть до того момента, когда будут созданы точно контролируемые начальные условия.

В предлагаемом новом способе в продуктах сгорания также присутствует весьма незначительное количество NOx, которое, как правило, не превышает 8-10 частей на миллион, тогда как обычно эта величина превышает 50 частей на миллион.

Предлагаемый в изобретении способ в основном предназначен для получения тепловой энергии, однако его можно использовать и для получения механической энергии в турбодвигателях и в двигателях эндотермического типа.

Показанное на фиг. 1 устройство имеет печь 1 с выпускным трубопроводом 2, которую, например, можно использовать в качестве котла или как нагревательную, и обычную форсунку 3, выполненную по типу форсунок, используемых для распыления и подачи в печь печного топлива и воздуха. Форсунка 3 соединена с емкостью 4, в качестве которой можно использовать обычный масляный бак, применяемый в отопительных котлах, и снабжена соплом 5, распыляющим материал, поступающий в форсунку 3 из емкости 4.

В описываемом устройстве форсунка 3 не соединена непосредственно с печью 1, а соединена с реакционным аппаратом 11, в котором имеется реакционная камера 12, к ней подходит подводящий трубопровод 13, соединенный через регулирующий клапан 14 с другим баком 15.

Реакционный аппарат 11 и его рабочая камера 12 имеют форму сужающегося кверху конуса, переходящий в своего рода трубопровод 16, конец которого образует внутри печи 1 сопло 17. В трубопроводе 16 установлена дроссельная заслонка 18.

В нижней части аппарата 11 расположены проволочные электронагреватели 23, соединенные с источником (не показан) мощности. Вместо проволочных электронагревателей можно использовать газовую горелку или другое нагревательное устройство.

Для осуществления предлагаемого способа емкость 4 заполняется водой, а бак 15 заполняется растительным маслом. В соответствии с одним из вариантов изобретения в качестве растительного масла можно использовать обычный кулинарный жир. В рассматриваемом варианте в аппарат 11 под действием собственного веса заливается ограниченное количество масла, которое регулируется клапаном 14, в других устройствах для подачи масла можно использовать насос. Уровень масла 24 в аппарате 11 составляет, например, от 3 до 5 мм, при этом масло должно полностью покрывать проволочные нагреватели 23. Находящееся в аппарате масло 24 нагревается до температуры порядка 330 o C, минимально до температуры 300 o C. Температура масла контролируется термометром 25. При использовании растительного масла на поверхности находящегося в камере 12 масла 24 при достижении начальной температуры процесса можно наблюдать небольшие языки голубого пламени. После этого форсунка 3 начинает разбрызгивать по поверхности масла 24 воду, одновременно подавая в камеру 12 некоторое количество воздуха. Попадание воды на нагретое масло приводит к очень интенсивной реакции, сопровождающейся истечением очень горячего материала через сопло 17. В результате этого истечения образуется похожий на язык пламени пузырь 29 светящегося белым или голубым цветом раскаленного газа с температурой от 1200 до 2000 o C, в основании которого непосредственно на выходе из сопла 17 расположен сравнительно короткий несветящийся, имеющий цилиндрическую форму участок 30, протяженностью, например, от 20 до 50 мм. Наличие этого участка 30 зависит от настройки и регулирования устройства.

В экспериментальных целях в отводящем трубопроводе 2 был установлен газоанализатор 31. С помощью этого газоанализатора 31 было установлено, что поток отходящего газа минимально загрязняет окружающую среду, поскольку в нем, как правило, при соотношении воды к маслу, равном 6:4, содержится от 5 до 10 частей на миллион CO и от 10 до 11 частей на миллион NOx.

После начала реакции подачу мощности к проволочным нагревателям 23 можно прекратить, поскольку выделяющееся при реакции тепло само поддерживает необходимую температуру горячего масла и обеспечивает нагревание масла, поступающего из бака 15.

Хотя основным источником получаемой энергии является вода, тем не менее в процессе реакции расходуется и некоторое количество масла. При соответствующем регулировании с помощью клапанов 14 и 18 режима работы устройства, в частности при регулировании подачи форсункой 3 воздуха и воды, потребление масла по отношению к потреблению воды можно поддерживать на уровне приблизительно 1 к 9. Оптимальные параметры процесса должны определяться экспериментально. При ручном контроле и без особых требований достижения оптимального режима работы процентное соотношение масла и воды по весу можно выбрать несколько большим, например 4:6. Принципиальным моментом является поддержание температуры масла 24 в аппарате 11 на уровне, превышающим допустимый минимум. Посредством дроссельной заслонки 18, вместо которой можно использовать клапан другой конструкции, внутри аппарата 11 поддерживается температура свыше 320 o C. При необходимости процесс можно остановить, перекрыв клапан 14, при этом за счет продолжающей поступать в аппарат (11) воды температура в камере (12) реакции опустится ниже температуры запуска и процесс прекратится. Для автоматического управления процессом необходимо непрерывно измерять температуру масла 24 в аппарате 11 и в зависимости от этой температуры регулировать подачу в аппарат масла и образующейся в форсунке смеси воды и воздуха.

Для поддержания процесса уровень масла 24 в камере 12 не должен опускаться ниже 3-4 мм, хотя и при уровне масла в 1 мм установка будет продолжать работать, однако с риском ее неожиданной остановки.

Показанный на фиг. 1 реакционный аппарат 11 имеет форму усеченного конуса. Однако такая форма не является абсолютно необходимой, альтернативными вариантами формы реакционного аппарата являются усеченная пирамида или, что менее предпочтительно, цилиндр.

Аппарат 11, показанный на фиг. 2, имеет комбинированную форму цилиндра и конуса. Эта конструкция отличается от конструкции, показанной на фиг. 1, наличием нескольких сопел 5, разбрызгивающих воду по поверхности масла.

На фиг. 3 показано одно сопло 5 и отдельная магистраль 32 для подачи воздуха, расположенные над уровнем находящегося в камере 12 аппарата 11 масла 24, причем в этом варианте камера выполнена в виде комбинации параллелепипеда и пирамиды.

В конструкции, показанной на фиг. 3, в отличие от конструкций, показанных на фиг. 1 и 2, отсутствуют проволочные электрические нагреватели 23, а вместо них для начального нагревания масла используется газовое пламя 33.

Размеры аппарата выбираются в зависимости от тепловой мощности. В частности, размеры аппарата рекомендуется выбирать прямо пропорционально требуемой величине тепловой мощности. Например, применительно к установке, показанной на фиг. 1, для печи с форсункой мощностью 400000 Дж/ч основной диаметр корпуса аппарата должен составлять от 200 до 250 мм. При больших диаметрах тепловая мощность будет больше, однако при этом будет большим потребление реагентов, а при меньших диаметрах будет получено меньше тепла и одновременно меньше будет потребление масла и воды. Потребление масла и воды прямо пропорционально зависит от диаметра аппарата 11 или его рабочей камеры 12. Преимуществом конической формы является наличие участка, отражающего тепло к находящемуся в аппарате маслу 24, которое за счет этого остается в горячем состоянии. При такой конической форме, кроме того, обеспечивается постоянное стекание вниз образующихся в камере 12 небольших капель, состоящих из смеси воды и масла. Следует также учесть, что слишком большие размеры сопел могут уменьшить температуру процесса, которая может опуститься ниже 300 o C, т. е. температуры, при которой происходит начало реакции, из-за чего процесс может просто остановиться.

В любом случае, зная зависимость между диаметром и мощностью, которая основана на объемной диссоциации участвующей в реакции воды, можно экспериментально определить точный размер аппарата 11 для различных калориметрических потенциалов различных форсунок и печей.

Перед началом процесса, как уже было отмечено, находящееся в аппарате 11 масло необходимо нагреть до температуры, например, 320 o C. Эта температура, которая несколько ниже температуры воспламенения масла, является достаточно безопасной для возможного хранения масла без каких-либо проблем и необходимости его охлаждения. Как уже отмечалось, фактическая температура зависит от вида используемого масла.

В рассмотренных вариантах речь шла о процессе получения тепла. Очевидно, что полученная тепловая энергия может быть использована различным способом, например, для привода двигателя, работающего на горячем воздухе, или обычных двигателей или соответствующим образом модифицированных турбин.

В приведенных ниже примерах представлены возможные варианты применения предлагаемого в изобретении способа.

Способ можно использовать применительно к обычной турбине, которая имеет горелки с камерами сгорания на внешнем тороидальном диаметре, причем в этом случае систему можно использовать достаточно просто и с высокой эффективностью, имея в виду обычное большое потребление топлива в таких машинах и высокое содержание NOx в отходящих газах.

Дизельный двигатель можно модифицировать следующим образом:
— использовать два инжекторных насоса: один для масла, другой для воды (воздух подается во впускной коллектор, который имеется в стандартных двигателях);
— задать определенный временной режим работы насосов так, чтобы второй насос инжектировал воду через несколько градусов после того, как поршень дойдет до крайней верхней точки, строго через фиксированное время после сгорания;
— развернуть двигатель на 180 o , т.е. расположить коленчатый вал над поршнями. Такое обратное положение необходимо для того, чтобы было возможно создать в основании перевернутого цилиндра определенный уровень масла. Уровень масла должен быть таким, чтобы в цилиндре находилось только необходимое для горения количество масла, поскольку при слишком большом количестве масла резко возрастает степень сжатия. Таким же образом можно также модифицировать и бензиновый инжекторный двигатель.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения тепловой энергии в непрерывном процессе, основанный на использовании масла, в соответствии с которым вода контактирует с маслом, предварительно нагретым до температуры выше 250 o С, отличающийся тем, что процесс проводят в аппарате, в который подают воздух, а контакт воды с маслом осуществляют путем распыления воды по поверхности горячего масла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что до начала подачи воды масло нагревают до необходимой температуры, а после начала подачи воды нагревание масла прекращают.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что уровень горячего масла поддерживают внутри аппарата (11), который имеет выходное открытое сопло (17) и по крайней мере одну форсунку (5), расположенную на его стенке выше уровня масла (24), при этом вода распыляется из форсунки (форсунок) поверх масла, а тепло выходит из аппарата через его выходное сопло.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что используемый аппарат (11) имеет форму конуса, сужающегося от основания вверх к верхнему отверстию, которое либо само образует выходное сопло (17), либо соединено с выходным соплом.

5. Способ по любому из пп.1 — 4, отличающийся тем, что в качестве масла используют насыщенное масло.

6. Способ по любому из пп.1 — 5, отличающийся тем, что в качестве масла используют растительное масло.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что масло предварительно нагревают до температуры около 310 o С.

8. Способ по любому из пп.1 — 6, отличающийся тем, что количество масла по отношению к количеству воды не превышает 50 частей по весу.

9. Способ по любому из пп.1 — 8, отличающийся тем, что в качестве воды используют морскую воду.

10. Устройство для осуществления способа по пп.1 — 9, отличающееся тем, что камера (12) для проведения реакции имеет устройство (3, 32) для подвода воздуха, а распыление воды осуществляют по поверхности горячего масла.

www.freepatent.ru

устройство для получения энергии из электрического поля атмосферы

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для бесперебойного обеспечения энергией автономного электрооборудования, например автоматических метеостанций или космических зондов. Технический результат изобретения — бесперебойное получение энергии из электрического поля атмосферы в необходимом количестве. Устройство отличается легкостью, отсутствием подвижных деталей, простотой конструктивных элементов и удобством их транспортировки. Устройство 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. 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. 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2245606

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.

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.

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.

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.

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,).

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.

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.

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.

Технический результат — бесперебойное получение энергии из электрического поля атмосферы в необходимом количестве и создание для этой цели заявляемого устройства.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

На фиг.1 представлен общий вид устройства для получения энергии из электрического поля атмосферы при отсутствии контакта с планетой.

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.

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.

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/м 2 , 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 м 2 . Крепят на аэростате и системе подвески электроды с изоляторами, прокладывают кабели, монтируют в контейнере с аппаратурой силовой преобразователь напряжения.

На фиг. 2, представлен общий вид устройства для получения энергии из электрического поля атмосферы при контакте устройства с планетой.

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.

Устройство работает следующим образом:

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.

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/м 2 , 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 м 2 . 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.

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.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для получения энергии из электрического поля атмосферы, включающее электроды, разнесенные вдоль силовых линий поля, нижний из которых является заземлителем, несущую конструкцию с окруженными атмосферой электродами, ионизаторы атмосферного газа, конструктивно совмещенные с внешней поверхностью этих электродов, отличающееся тем, что между разнесенными вдоль силовых линий поля электродами 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.

www.freepatent.ru

Патент на получение энергии

  1. Главная
  2. Реестр патентов

Последние новости

(21), (22) Заявка: 2000126315/06, 19.10.2000

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
19.10.2000

(43) Дата публикации заявки: 27.09.2002

(45) Опубликовано: 27.03.2003

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: УШЕРЕНКО С.М. Сверхглубокое проникновение частиц в преграды и создание композиционных материалов. — Минск: НИИ импульсных процессов, 1998, с.2,7,46,117. RU 2145124 C1, 27.01.2000. RU 2148278 C1, 27.04.2000. RU 2054604 C1, 20.02.1996. RU 2022373 C1, 30.10.1994. FR 2452764 A1, 24.10.1980. US 4342720 А, 03.08.1982.

Адрес для переписки:
107078, Москва, Докучаев пер., 13, кв.29, В.Е.Пилкину

(71) Заявитель(и):
Леонов Владимир Семенович,
Пилкин Виталий Евгеньевич

(73) Патентообладатель(и):
Леонов Владимир Семенович,
Пилкин Виталий Евгеньевич

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ И РЕАКТОР ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к области промышленной энергетики и может быть использовано для создания реакторов, предназначенных для получения тепловой и электрической энергии. Получение энергии осуществляют путем синтеза элементарных частиц и их античастиц в результате воздействия полей ударных деформаций в веществе за счет эффекта сверхглубокого проникновения в мишень потока тонкодисперсного порошка частиц с размерами порядка 10 мкм и более при их ускорении до скоростей порядка 1000 м/с и более. Частицы ускоряют до значений скорости, при которой начинают регистрироваться вспышки кратерообразующих взрывов на поверхности мишени, а затем скорость частиц уменьшают до исчезновения вспышек. Поток формируют коаксиальным относительно цилиндрической мишени с расщеплением его на отдельные потоки в виде веера. Реактор для осуществления способа включает герметичный загрузочный бункер для порошка частиц с дозатором, корпус, являющийся одновременно рубашкой для теплоносителя, камеру для теплоносителя, герметичную рабочую камеру, выполненную в виде цилиндрической мишени и закрытую с торцов крышками, основной мишени в виде тепловыделяющих ребер, центральную трубу-стойку, основной ускоритель, кольцевой дефлектор со щелями, узел предварительного центробежного ускорителя в виде диска с ребрами, устройство для очистки внутренней стенки цилиндрической мишени, сборник для порошка, входной патрубок и выходной патрубок для теплоносителя. Технический результат: повышение технологичности и эффективности получения избыточной энергии. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 26 ил.

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть).

1. Способ получения энергии, включающий воздействие на мишень потоком порошка мелкодисперсных частиц с размерами порядка 10 мкм и более, при их ускорении до скоростей порядка 1000 м/с и более и съем тепловой энергии с мишени, отличающийся тем, что частицы ускоряют до значений скорости, при которой начинают регистрироваться вспышки кратерообразующих взрывов на поверхности мишени, а затем их скорость уменьшают до величины, при которой вспышки исчезают, состав исходного материала порошка предварительно выравнивают на однородный по размеру и массе частиц, а поток порошка формируют коаксиальным относительно цилиндрической мишени с расщеплением на отдельные потоки в виде веера и осуществляют его возвратно-поступательное движение относительно оси мишени.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на поверхность частиц наносят покрытие, позволяющее амортизировать их удар о мишень при высоких скоростях.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что наносят полимерное покрытие или покрытие из мягких сталей и сплавов.

4. Реактор для получения энергии, включающий корпус, установленные в нем ускорительную систему для мелкодисперсных частиц и мишень, теплообменник, отличающийся тем, что мишень выполнена в виде цилиндрической камеры и установленных с внешней стороны камеры вдоль образующих ее поверхности сменных тепловыделяющих ребер с зазором между ними и возможностью съема тепловой энергии посредством теплоносителя, а ускорительная система расположена коаксиально внутри камеры, содержит узел предварительного центробежного ускорителя в виде диска с лопатками, установленного внутри кольцевого дефлектора со щелями, и снабжена приводом для ее возвратно-поступательного перемещения по оси камеры.

5. Реактор по п. 4, отличающийся тем, что содержит в полости мишени устройство для очистки ее внутренней стенки от компонентов порошка частиц, связанное с приводом ускорительной системы.

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

PC4A — Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:
Пилкин Виталий Евгеньевич,
Леонов Владимир Семенович

(73) Патентообладатель:
Леонов Владимир Семенович

Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 15.07.2010 № РД0067118

bd.patent.su

Устройство для получения энергии из электрического поля атмосферы

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для бесперебойного обеспечения энергией автономного электрооборудования, например автоматических метеостанций или космических зондов. Технический результат изобретения — бесперебойное получение энергии из электрического поля атмосферы в необходимом количестве. Устройство отличается легкостью, отсутствием подвижных деталей, простотой конструктивных элементов и удобством их транспортировки. Устройство 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. 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. 2 ил.

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.

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.

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.

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.

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,).

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.

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.

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.

Технический результат — бесперебойное получение энергии из электрического поля атмосферы в необходимом количестве и создание для этой цели заявляемого устройства.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

На фиг.1 представлен общий вид устройства для получения энергии из электрического поля атмосферы при отсутствии контакта с планетой.

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.

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.

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/м 2 , 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 м 2 . Крепят на аэростате и системе подвески электроды с изоляторами, прокладывают кабели, монтируют в контейнере с аппаратурой силовой преобразователь напряжения.

На фиг. 2, представлен общий вид устройства для получения энергии из электрического поля атмосферы при контакте устройства с планетой.

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.

Устройство работает следующим образом:

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.

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/м 2 , 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 м 2 . 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.

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.

Устройство для получения энергии из электрического поля атмосферы, включающее электроды, разнесенные вдоль силовых линий поля, нижний из которых является заземлителем, несущую конструкцию с окруженными атмосферой электродами, ионизаторы атмосферного газа, конструктивно совмещенные с внешней поверхностью этих электродов, отличающееся тем, что между разнесенными вдоль силовых линий поля электродами 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.

www.findpatent.ru

Смотрите так же:

  • Антипин вВ адвокат Антипин вВ адвокат Вся представленная информация носит ознакомительный характер и не является публичной офертой, определяемой положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Представленная информация может утратить актуальность в связи с вносимыми изменениями. Список адвокатов, оказывающих бесплатную юридическую […]
  • Правила поведения у водоёмов презентация Правила поведения у водоёмов Классный час во 2 и 3 классе2008-2009 уч. год. - презентация Презентация была опубликована 5 лет назад пользователемurkino.ru Похожие презентации Презентация на тему: " Правила поведения у водоёмов Классный час во 2 и 3 классе2008-2009 уч. год." — Транскрипт: 1 Правила поведения у […]
  • Оформить дарственную на долю в квартире ребенку Оформление дарения доли в квартире в 2018 году Статья обновлена: 31 мая 2018 г. Здравствуйте. Я помогала 17 клиентам оформить дарение их долей в квартире, поэтому мне доверили писать статьи про эту тему. На этой странице я опубликовала универсальную инструкцию как оформляется дарение и разделила ее на 3 основных […]
  • Нотариусы город липецк Нотариусы г. Липецка и Липецкой области Перечень нотариусов города Липецк Разумова Ирина Александровна Адрес: город Липецк, проспект 60 лет СССР, д. 5Телефон: 8 (4742) 79-39-99E-mail: [email protected] Акулова Елена Алексеевна Адрес: город Липецк, ул. Папина, д. 17 Телефон: 8 (4742) 78-40-15 E-mail: […]
  • Основной закон о коррупции Статья 3. Основные принципы противодействия коррупции Статья 3. Основные принципы противодействия коррупции Противодействие коррупции в Российской Федерации основывается на следующих основных принципах: 1) признание, обеспечение и защита основных прав и свобод человека и гражданина; 3) публичность и открытость […]
  • Постановление пленума верховного суда рф о причинении вреда здоровью Возмещение вреда здоровью: разъяснения от Верховного суда Верховный суд РФ издал новый документ для судей. Это разъяснения о применении судами норм гражданского законодательства, регулирующего отношения по обязательствам вследствие причинения вреда жизни и здоровью (Постановление Пленума ВС РФ № 1 от 26 января 2010 […]
  • Этика профессионального общения пособие «Управление и Оптимизация Производственного Предприятия» АННОТАЦИЯ Даны основные понятия делового этикета. Показано, что в настоящее время, когда отечественные предприятия и организации интегрируются в экономическую жизнь различных регионов планеты, особого внимания требуют правила делового общения. Приводятся тесты […]
  • Что такое разрядные слагаемые правило Что такое разрядные слагаемые правило Для записи чисел люди придумали десять знаков, которые называются цифрами. Это: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. С помощью десяти цифр можно записать любое натуральное число. От количества знаков (цифр) в числе зависит его название. Число, состоящее из одного знака (цифры), […]