Способ получения электрической энергии с использованием электростатического эффекта и генератор для его осуществления

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2326487

Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение

Ноу-хау разработки, а именно данное изобретение автора относится к способам получения электрической энергии с помощью электростатических фрикционных генераторов с подвижным элементом в виде потока частиц вещества.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известен электростатический генератор [патент GB 114174, опубл. 28.03.1918], в котором песок или частицы подобного носителя высыпаются из заземленного контейнера через сопло, которое окружено изолированным кольцом, которое заряжается отрицательно. Далее положительно заряженный песок падает в приемник в виде воронки внутри кольца. Элементы конструкции могут иметь осесимметричное трубчатое сечение. Такой генератор имеет относительно сложную конструкцию и невысокую производительность.

В качестве прототипа выбрано устройство для получения электрической энергии высокого напряжения посредством организации потока частиц, несомых струей газа в трубчатом канале, поверхность участков которого в направлении движения потока выполнена последовательно из материалов с различными фрикционными и электрическими свойствами [патент GB 473857, опубл. 21.10.1937]. Материалы участков поверхности канала выбираются так, чтобы они могли приобретать противоположный электрический заряд. В качестве материалов участков могут использоваться диэлектрики, полупроводники и проводники. Съем зарядов может происходить со стенок участков канала с помощью электродов, введенных внутрь канала, и/или поверхности изгиба канала. Однако в данной конструкции статическое электричество не может быть снято полностью, т.к. далеко не все частицы песка соприкасаются с вышеперечисленными токосъемниками. Кроме этого, при работе устройства возможно появление электроискровых разрядов между соседними участками или между ними и введенными в канал электродами из-за их близкого расположения. Эти недостатки не позволяют достичь высоких значений кпд.

Решаемая техническая задача - повышение кпд электростатического фрикционного генератора, использующего электростатический эффект, возникающий при движении потока частиц внутри канала.

Предлагается способ получения электрической энергии с использованием электростатического эффекта, согласно которому организуют продольное движение потока частиц вещества в канале, при этом материал частиц вещества и стенки канала выбирают таким образом, чтобы они приобретали разноименные электрические заряды при трении частиц вещества о внутреннюю стенку канала, а полученные разноименные электрические заряды отводят потребителю с внутренней стенки канала и с частиц вещества. Новым является то, что используют канал конечной длины, при этом частицам вещества придают кинетическую энергию с входной стороны канала так, чтобы частицы вещества могли выйти за пределы канала с его выходной стороны и удариться об экран, который размещают вне канала с зазором относительно выходной стороны канала, а отвод электрических зарядов с частиц вещества осуществляют через экран.

Продольное движение потока частиц вещества можно организовать в виде взвеси частиц вещества в потоке газа, например воздуха, подаваемого в канал с его входной стороны, и/или под действием силы тяжести.

Также предлагается электростатический фрикционный генератор, содержащий канал, средство для организации потока частиц вещества в канале вдоль его оси, токосъемники для снятия разноименных электрических зарядов с внутренней стенки канала и с частиц вещества соответственно, при этом материал внутренней стенки канала выбран таким образом, чтобы внутренняя стенка канала и частицы вещества приобретали разноименные электрические заряды при трении потока частиц вещества о внутреннюю стенку канала. Новым является то, что канал выполнен конечной длины и имеет входное и выходное отверстия, а генератор дополнительно содержит экран, который размещен вне канала по ходу потока частиц вещества по ходу потока частиц вещества, выходящих из выходного отверстия, с зазором относительно выходного отверстия канала, при этом экран используется в качестве токосъемника электрических разрядов с частиц вещества.

В качестве материала внутренней стенки канала может быть использован любой диэлектрик, в частности полимерный материал, например полиэтилен, полибутилен, эбонит и т.п.

Внутренняя стенка канала может быть экранирована, при этом такое экранирование может использоваться в качестве токосъемника электрических зарядов со стенки канала.

Канал может быть выполнен в виде трубы, иметь прямолинейную ось, выполняться с постоянным поперечным сечением по его длине, например круглым.

Ось канала может быть расположена в горизонтальной плоскости.

Канал можно расположить так, чтобы его входное отверстие было расположено выше выходного отверстия для использования силы тяжести.

Средство для организации потока частиц вещества может включать бункер для хранения и подачи частиц вещества.

Средство для организации потока частиц вещества может включать средство подачи газа, например воздуха, со взвесью в нем частиц вещества во входное отверстие канала.

В качестве частиц вещества лучше использовать частицы твердого вещества, например соединения углерода или кремния, например песок.

Токосъемник электрических зарядов с внутренней стенки канала лучше электрически соединять с потребителем на участке у входного отверстия, т.е. как можно дальше от экрана.

Зазор между экраном и выходным отверстием канала может быть выбран так, чтобы исключить возникновение электроискрового разряда между участком внутренней стенки канала вблизи выходного отверстия и экраном.

Экран лучше выполнять в виде твердой пластины, поверхность которой, обращенная к выходному отверстию, сориентирована по нормали к оси выходного отверстия.

Экран может быть выполнен из полупроводникового материала.

Генератор может содержать два или более канала и один экран.

экспериментальный электростатический фрикционный генератор

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 упрощенно представлен экспериментальный электростатический фрикционный генератор. На фиг.2 и фиг.3 упрощенно представлены некоторые возможные варианты осуществления изобретения.

Изобретение поясняется на примере

Экспериментальная установка для проверки возможности осуществления настоящего изобретения, представленная на фиг.1, включала горизонтально ориентированную прямую металлополимерную трубу 1 из метапола, экран 2, бункер 3 с песком 4, воздушный компрессор (не показан).

Труба 1 круглого поперечного сечения с входным отверстием 5 и выходным отверстием 6 имела обычную для метапола пятислойную конструкцию, состоящую из тонкостенной алюминиевой оплетки 7 с клеевой основой изнутри и снаружи с последующими наружным и внутренними слоями из сшитого полиэтилена, и имела наружный диаметр 14 мм, внутренний диаметр 10 мм и длину 1000 мм. Труба 1 была изолирована от земли, а ее оплетка 7 электрически соединялась с клеммой 8 со стороны входного отверстия 5.

возможный вариант электростатического фрикционного генератора

Экран 2 был выполнен в виде кремниевой квадратной пластины 12×12 мм толщиной 0,6 мм, взятой из мощного транзистора. Пластина экрана 2 располагалась у выходного отверстия 6 трубы 1 по нормали к ее оси с зазором  , при этом центральная ось пластины экрана 2 была смещена на 2 мм вниз относительно оси трубы 1, чтобы все зерна песка 4, вылетающие из выходного отверстия 5 и отклоняющиеся под действием силы тяжести, могли удариться об экран 6. Экран 2 был электрически соединен с клеммой «плюс» 9.

Бункер 3 имел в нижней части сквозное выпускное отверстие 10 диаметром 1,5 мм, расположенное вблизи входного отверстия 5 чуть выше оси трубы 1, и был заполнен сухим кварцевым песком 4 по ГОСТ 8735-88 с модулем крупности 1,0-1,3 и размером зерна 0,2-0,3 мм.

В качестве воздушного компрессора использовался воздушный микрокомпрессор мощностью 3 Вт, способный развивать давление до 0,25 МПа, причем поток воздуха подавался во входное отверстие 5 соосно ему через сопло, как показано стрелкой на фиг.1, чтобы подхватить зерна песка 4, высыпающиеся из выпускного отверстия 10, и придать им достаточную кинетическую энергию для достижения экрана 2 через трубу 1.

вариант электростатического фрикционного генератора

Экспериментальная установка электростатического фрикционного генератора работала следующим образом

Зерна песка 4, подхваченные потоком воздуха, попадают в канал трубы 1 через входное отверстие 5, приобретают положительный заряд за счет трения о внутренние стенки, образующие канал трубы 1, которая при этом соответственно приобретает отрицательный заряд, далее вылетают из выходного отверстия 6 и, проходя зазор  , ударяются об экран 2, отдавая последнему положительный электрический заряд. Наиболее оптимальные результаты были получены, когда величина зазора составляла  =110-140 мм, при этом воздушный микрокомпрессор был загружен на 100% номинальной мощности (3 Вт) и развивал избыточное давление 0,5 МПа. Мощность электрического тока, замеряемая ваттметром на клеммах 8 и 9, составляла при этом 2,8 Вт. Следует отметить, что при увеличении зазора  величина снимаемой мощности уменьшалась плавно, а при уменьшении - резко, при этом между кромками выходного отверстия 6 и экрана 2 возникал электроискровой разряд вплоть до возникновения электрической дуги. Уменьшение зазора  может привести к некоторому увеличению кпд, но в этом случае необходимо использование диода или диодного мостика, например соединяющих трубу 1 и экран 2, экран 2 и клемму 9 или трубу 1 и клемму 8. Также следует отметить, что мощность на выходе установки, т.е. на клеммах 8 и 9, может регулироваться за счет изменения концентрации песка, подаваемого из выпускного отверстия 10, например за счет изменения площади сечения этого отверстия.

Вместо трубы 1 из метапола с оплеткой 7 была опробована труба 1 из полиэтилена с такими же размерами. Были получены подобные результаты. Однако, эксплуатация подобной установки небезопасна, т.к. возможно возникновение электроискрового разряда между трубой 1 и окружающими предметами или людьми, находящимися вблизи установки. Т.о. целесообразней использовать трубу 1 с оплеткой 7, которая одновременно выполняет функцию удобного токосъемника и экранирующую функцию.

Также вместо прямой трубы 1 из метапола была опробована труба 1 также из метапола с теми же поперечными размерами и длиной 4 м, но свернутая в форме змеевика. При этом кпд несколько снизился и пришлось увеличивать до 0,25 МПа величину избыточного давления, развиваемого воздушным микрокомпрессором.

Приведенные примеры использованы только для целей иллюстрации возможности осуществления изобретения. Они не ограничивают объем правовой охраны, представленный в формуле изобретения, при этом специалист в данной области техники относительно просто способен осуществить и другие пути осуществления изобретения. Например, трубы 1 могут быть собраны в пакет и располагаться вертикально и параллельно друг другу, как показано на фиг.2, при этом частицы твердого вещества могут поступать в трубы 1 под действием только силы тяжести, или быть расположены в горизонтальной плоскости радиально по отношению к одному цилиндрическому центральному экрану 2, как показано на фиг.3, и т.д. и т.п.

Имя изобретателя: Рысьев Николай Александрович
Имя патентообладателя: Рысьев Николай Александрович
Почтовый адрес для переписки: 690035, г.Владивосток, а/я 35-94, ООО "Первое частное Приморское патентное агентство", пат.пов. А.Г.Ермолинскому, рег.№ 626
Дата начала отсчета действия патента: 2006.05.23

Разместил статью: admin
Дата публикации:  16-06-2012, 21:12

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Фомин Дмитрий Владимирович  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!