|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для получения электроэнергии. Предложен генератор электроэнергии, включающий корпус с пакетом электропроводных пластин обоих знаков, разделённых слоем сегнетоэлектрика, при этом в пакете все слои плотно прилегают друг к другу, электропроводные пластины выполнены из разнородных проводников с различной концентрацией свободных электронов: двух различных металлов, например сурьма-висмут, железо-никель, титан-алюминий, или различных сплавов, например хромель-алюмель, хромель-копель, или комбинации металла и сплава, например железо-копель, сурьма-алюмель, висмут-хромель, при этом пакет пластин включает минимально одну элементарную ячейку, которая состоит из одного сегнетоэлектрика и двух разнородных проводников, которые размещены в следующей последовательности: проводниковая пластина -сегнетоэлектрик - отличная от первой проводниковая пластина, а при наличии в пакете больше одной элементарной ячейки они подключены к источнику потребления электрической энергии последовательно, или параллельно, или комбинированно (несколько элементарных ячеек подключены последовательно, а несколько элементарных ячеек подключены параллельно), при этом в качестве сегнетоэлектрика используют сегнетоэлектрик-полупроводник, например нитрит натрия, полупроводниковую керамику на основе титанатов бария, необатов лития, калия, титанатов свинца, бария и др. В случае использования титаната бария, легированного ниобием (Nb), электрическая мощность элементарной ячейки генератора электроэнергии возросла в 2,088 раза по отношению к прототипу. В случае использования титаната бария, легированного лантаном (La), электрическая мощность элементарной ячейки генератора электроэнергии возросла в 1,869 раза. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для получения электроэнергии. Предложен генератор электроэнергии, включающий корпус с пакетом электропроводных пластин обоих знаков, разделённых слоем сегнетоэлектрика, при этом в пакете все слои плотно прилегают друг к другу, электропроводные пластины выполнены из разнородных проводников с различной концентрацией свободных электронов: двух различных металлов, например сурьма-висмут, железо-никель, титан-алюминий, или различных сплавов, например хромель-алюмель, хромель-копель, или комбинации металла и сплава, например железо-копель, сурьма-алюмель, висмут-хромель, при этом пакет пластин включает минимально одну элементарную ячейку, которая состоит из одного сегнетоэлектрика и двух разнородных проводников, которые размещены в следующей последовательности: проводниковая пластина -сегнетоэлектрик - отличная от первой проводниковая пластина, а при наличии в пакете больше одной элементарной ячейки они подключены к источнику потребления электрической энергии последовательно, или параллельно, или комбинированно (несколько элементарных ячеек подключены последовательно, а несколько элементарных ячеек подключены параллельно), при этом в качестве сегнетоэлектрика используют сегнетоэлектрик-полупроводник, например нитрит натрия, полупроводниковую керамику на основе титанатов бария, необатов лития, калия, титанатов свинца, бария и др. В случае использования титаната бария, легированного ниобием (Nb), электрическая мощность элементарной ячейки генератора электроэнергии возросла в 2,088 раза по отношению к прототипу. В случае использования титаната бария, легированного лантаном (La), электрическая мощность элементарной ячейки генератора электроэнергии возросла в 1,869 раза.
Евразийское (21) 201800571 (13) A1
патентное
ведомство
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2019.03.29
(22) Дата подачи заявки 2017.04.11
(51) Int. Cl.
H01G 4/008 (2006.01) H01G 4/12 (2006.01) C04B 35/468 (2006.01)
(54) ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
(31) a 2016 04279
(32) 2016.04.18
(33) UA
(86) PCT/UA2017/000038
(87) WO 2017/184102 2017.10.26
(71) Заявитель: Е-КОНВЕРТ ГМБХ (DE)
(72) Изобретатель:
Шуминский Генрих Генрихович, Гетман Александр Иванович (UA)
(74) Представитель:
Бутенко Л.В. (RU)
(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для получения электроэнергии. Предложен генератор электроэнергии, включающий корпус с пакетом электропроводных пластин обоих знаков, разделённых слоем сегне-тоэлектрика, при этом в пакете все слои плотно прилегают друг к другу, электропроводные пластины выполнены из разнородных проводников с различной концентрацией свободных электронов: двух различных металлов, например сурь-
ма-висмут, железо-никель, титан-алюминий, или различных сплавов, например хромель-алюмель, хромель-копель, или комбинации металла и сплава, например железо-копель, сурьма-алюмель, висмут-хромель, при этом пакет пластин включает ми-
нимально одну элементарную ячейку, которая состоит из одного сегнетоэлектрика и двух разнородных проводников, которые размещены в следующей последовательности: проводниковая пластина -сегнетоэлектрик - отличная от первой проводниковая пластина, а при наличии в пакете больше одной элементарной ячейки они подключены к источнику потребления электрической энергии последовательно, или параллельно, или комбинированно (несколько элементарных ячеек подключены последовательно, а несколько элементарных ячеек подключены параллельно), при этом в качестве сегнетоэлектрика используют сегнетоэлектрик-по-лупроводник, например нитрит натрия, полупроводниковую керамику на основе титанатов бария, необатов лития, калия, титанатов свинца, бария и др. В случае использования титаната бария, легированного ниобием (Nb), электрическая мощность элементарной ячейки генератора электроэнергии возросла в 2,088 раза по отношению к прототипу. В случае использования титаната бария, легированного лантаном (La), электрическая мощность элементарной ячейки генератора электроэнергии возросла в 1,869 раза.
МПК (2016) Н 02J 7/00;9/00; H02N 1/00
ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для получения электроэнергии.
Наряду с широко применяемыми традиционными динамическими генераторами электроэнергии известны менее распространенные статические устройства, не содержащие подвижных деталей, в которых используется энергия химических реакций, тепловая энергия, энергия магнитного поля и т.д.
Известно устройство для получения электрической энергии, в котором используется внутренняя энергия активных диэлектриков - сегнетоэлектриков и электретов (см. патент на изобретение UA №84117, МПК (2006) H01M 6/00; H01G 4/00 опубл. 10.09.2008).
Известное устройство для получения электрической энергии, включающее корпус с пакетами пластин обоих знаков, разделенных слоем сегнетоэлектрика и оборудованных зарядовой пластиной, отделенной от остальных слоем сегнетоэлектрика, при этом зарядовая пластина выполнена из биполярного электрета, например из политетрафторэтилена, поликарбоната, титаната кальция, стекла и др., а качестве сегнетоэлектрика используется стабилизированный монокристаллический сегнетоэлектрик, например, титанат бария, поливинилиденфторид, триглицинсульфат, сегнетова соль, дигидрофосфат калия, ниобат лития, фторберилат аммония и др., при этом пакет пластин включает минимально одну элементарную ячейку, которая состоит из одного электрета, двух пластин сегнетоэлектрика и двух металлических пластин, при этом все слои плотно прилегают друг к другу и размещены в следующей последовательности: металлическая пластина -сегнетоэлектрик - электрет - сегнетоэлектрик - металлическая пластина, а при
наличии в пакете более одной элементарной ячейки они чередуются таким образом, что каждая последующая элементарная ячейка размещается по отношению к предыдущей, прилегая одноименными зарядами проводниковой части.
Для успешной работы известного устройства необходима упорядоченная поляризация спонтанно поляризующихся сегнетоэлектриков. Такая поляризация происходит в известном устройстве под действием постоянного электромагнитного поля, которое создается зарядовыми пластинами, роль которых исполняют электреты.
Недостатком известного устройства является малая продолжительность жизни электретов, низкая их стабильность в процессе эксплуатации, а также сложность изготовления электретов и, естественно, их высокая себестоимость.
Известен статический генератор электрической энергии (см. патент на изобретение UA №85360, МПК (2006) HOIG 4/12; НОШ 4/008; HOIG 4/018, опубл. 12.01.2009), в котором электреты не применяются, а упорядочивание поляризации спонтанно поляризующихся сегнетоэлектриков осуществляют с помощью постоянного электромагнитного поля, создаваемого металлическими пластинами, выполненными из разнородных проводников со значительной разницей концентраций свободных электронов.
Статический генератор электрической энергии включает корпус с пакетом металлических пластин обоих знаков, разделённых слоем стабилизированного монокристаллического сегнетоэлектрика, при этом в пакете все слои плотно прилегают друг к другу, а металлические пластины выполнены из разнородных проводников со значительной разницей концентраций свободных электронов -двух различных металлов, например, сурьма-висмут, железо-никель, титан-алюминий, а также различных сплавов, например, хромель-алюмель, хромель-копель, или комбинации металла и сплава, например, железо-копель, сурьма-
алюмель, хромель-висмут, при этом пакет пластин включает минимально одну
элементарную ячейку, которая состоит из одного слоя сегнетоэлектрика и двух разнородных проводниковых пластин, которые размещены в следующей последовательности: проводниковая пластина - сегнетоэлектрик - отличная от первой проводниковая пластина, а при наличии в пакете более одной элементарной ячейки они подключены к источнику потребления электрической энергии последовательно, или параллельно, или комбинированно - несколько элементарных ячеек подключены последовательно, а несколько элементарных ячеек подключены параллельно.
Недостатком известного статического генератора электрической энергии является малая удельная электрическая мощность из-за высокого внутреннего электрического сопротивления элементарных ячеек. Высокое внутреннее сопротивление обусловлено применением сегнетоэлектриков, которые по природе своей являются ярко выраженными диэлектриками с удельным электрическим сопротивлением до 1016 Ом-см.
Указанный статический генератор выбран прототипом.
Прототип и заявляемый генератор электроэнергии имеют следующие общие признаки:
- корпус с пакетом электропроводных пластин обоих знаков, которые разделены слоем стабилизированного монокристаллического сегнетоэлектрика, при этом в пакете все слои плотно прилегают друг к другу;
- пакет пластин включает минимально одну элементарную ячейку, изготовленную послойно из сегнетоэлектрика и двух металлических пластин выполненных из разнородных проводников со значительной разницей концентраций свободных электронов, которые размещены в следующей последовательности: проводниковая пластина - сегнетоэлектрик -отличающаяся от первой проводниковая пластина;
элементарные ячейки подключены к источнику потребления
электрической энергии последовательно, или параллельно, или комбинированно
- несколько элементарных ячеек подключены последовательно, а несколько элементарных ячеек подключены параллельно.
Известно, что существуют сегнетоэлектрики, обладающие одновременно и полупроводниковыми свойствами, так называемые сегнетоэлектрики-полупроводники, занимающие по величине удельного электрического сопротивления (10-2- 107 Ом-см) промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Например, нитрит натрия (NaN02), полупроводниковые керамики на основе ниобатов лития, капия, титанатов свинца, бария и многие другие, (см. В.М. Фридкин Сегнетоэлектрики-полупроводники. -М.: Наука, 1976. -408с. В.В. Иванов, А.А/ Богомолов, Сегнетоэлектрики-полупроводники. Калинин. Издательство Калининского университета 1978г. 96с.)
В частности, сегнетоэлектрик титанат бария BaTi03 это диэлектрик с удельным электрическим сопротивлением более 1012 Ом-см, однако его можно превратить в сегнетоэлектрик-полупроводник с удельным сопротивлением 10103 Ом-см при помощи принудительного восстановления (см. Патент RU 2162457, МПК (7) С04В35/468, С04В35/64, опубл. 27.01.2001) или управляя его валентностью (см. Химия твердого тела и современные микро и нанотехнологии. VI Международная конференция. Кисловодск Ставрополь: СевКавГТУ, 2006. 510 с. ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ТИТАНАТА БАРИЯ, ЛЕГИРОВАННОГО ОКСИДОМ ЛАНТАНА Bal-XLaXTi03 И ОКСИДОМ ВОЛЬФРАМА BaTil-XWXO3 (х=0,001; 0,002) Г.Г.Эмелло, Т.А.Шичкова). Для получения полупроводниковой керамики на основе титаната бария ее легируют. Ионы титана Ti4+ замещают на ионы W64" Sb5+, Nb5+, Та5+ и др., бария Ва2+ на ионы Mn4+, La3+, Nd3+, Y3+, Gd3+ и другие. Концентрация легирующих элементов обычно не превышает 0,3 атомных %.
В основу изобретения поставлена задача получения электрической энергии
за счёт утилизации внутренней энергии используемого вещества.
Поставленная задача решается в генераторе электроэнергии, включающем корпус с пакетом из электропроводных пластин обоих знаков, которые разделены слоем стабилизированного монокристаллического сегнетоэлектрика, в пакете все слои плотно прилегают друг к другу, при этом пакет пластин включает минимально одну элементарную ячейку, изготовленную послойно из сегнетоэлектрика и двух электропроводных пластин, выполненных из разнородных проводников со значительной разницей концентраций свободных электронов, которые размещены в следующей последовательности: проводниковая пластина - сегнетоэлектрик - отличная от первой проводниковая пластина, элементарные ячейки подключены к источнику потребления электрической энергии последовательно, или параллельно, или комбинированно - несколько элементарных ячеек подключены последовательно, а несколько элементарных ячеек подключены параллельно, тем, что стабилизированные монокристаллы сегнетоэлектриков заменяются стабилизированными монокристаллами сегнетоэлектриков-полупроводников, например, нитритом натрия, полупроводниковыми керамиками на основе ниобатов лития, калия, титанатов свинца, бария и др., которые снижают внутренне электрическое сопротивление элементарной ячейки и увеличивают удельную электрическую мощность при её подключении к источнику потребления электрической энергии.
Новым в заявляемом устройстве является то, что вместо
стабилизированных монокристаллов сегнетоэлектриков используют
стабилизированные монокристаллы сегнетоэлектриков-полупроводников,
например, нитрита натрия, полупроводниковую керамику на основе титанатов
бария, ниобатов лития, калия, титанатов свинца и др., которые снижают
внутренне электрическое сопротивление элементарной ячейки и увеличивают
удельную электрическую мощность при её подключении к источнику
потребления электрической энергии.
Причинно-следственная связь между совокупностью заявляемых существенных отличий и достигаемым техническим результатом состоит в следующем:
Использование сегнетоэлектриков-полупроводников с удельным электрическим сопротивлением менее 107 Ом-см в качестве активного элемента элементарной ячейки взамен сегнетоэлектриков - ярко выраженных диэлектриков, с удельным электрическим сопротивлением до 1016 Ом-см позволяет снизить внутреннее электрическое сопротивление элементарной ячейки и получить большие удельные электрические токи на тех же парах токосъёмников элементарной ячейки.
Увеличение удельных электрических токов при неизменной разности потенциалов приводит к естественному росту удельной электрической мощности элементарной ячейки в более чем 2 раза по отношению к прототипу.
- Увеличение удельной электрической мощности элементарной ячейки позволяет расширить возможности практического использования заявляемого генератора, как в техническом, так и экономическом планах.
Генератор электроэнергии, состоящий минимально из одной элементарной ячейки, приведен на фиг.1. Генератор электроэнергии состоит из корпуса 1, внутри которого размещена пара проводников 2, выполненных из разнородных проводников с различной концентрацией свободных электронов, между которыми размещен сегнетоэлектрик-полупроводник 3, через изоляторы 4 проводники 2 подключены к потребителю энергии.
В качестве примеров сегнетоэлектриков-полупроводников, которые используют для изготовления элементов заявляемого генератора электроэнергии приведены следующие полупроводниковые керамики на основе титанатов бария :
- титанат бария, лигированный ниобием (Nb) концентрацией 0,220 атомных % с удельным сопротивлением 6470 Ом-см;
-
- титанат бария, лигированный лантаном (La) концентрацией 0,125 атомных % с удельным сопротивлением 883500 Ом-см.
Образец сравнения по прототипу изготовляется с применением титаната бария с удельным сопротивлением 2710000000 Ом-см.
В качестве пары разнородных проводников используют железо-никель.
Генератор электроэнергии состоит минимально из одной элементарной ячейки.
Элементарную ячейку изготовляют путем последовательного вакуумного напыления на антиадгезионную подложку площадью 1 дм2. Слои проводников формируют толщиной 9-10 мкм, слой сегнетоэлектрика-полупроводника формируют толщиной менее 1 мкм, обеспечивая сплошное беспористое равномерное покрытие.
Пример 1.
Изготовление элементарной ячейки образца сравнения по прототипу из титаната бария.
На полированную фторопластовую подложку, обработанную полиметилсилоксаном, накладывают шаблон площадью 1 дм и напыляют слой железа толщиной 9-10 мкм. Шаблон убирают и напыляют следующий слой титаната бария, обеспечивая сплошное беспористое раномерное покрытие толщиной до 1 мкм. Затем возвращают шаблон на прежнее место и напыляют слой никеля толщиной 9-10 мкм. Шаблон убирают и с помощью вакуумной присоски отделяют готовый элемент от подложки. С помощью диэтилового эфира удаляют следы полиметилсилоксана с поверхности слоя железа, а остатки диэтилового эфира удаляют обдувом сухим воздухом. Затем помещают элементарную ячейку между клеммами, выполненными из железа и никеля соответственно. Полученный генератор электроэнергии подключают к потребителю энергии.
Пример 2.
Изготовление элементарной ячейки из титанат бария лигированного ниобием.
Элементарная ячейка изготовлена по методике, описанной в примере 1, при этом вместо титаната бария использовали титанат бария дотированный ниобием.
Пример 3.
Элементарная ячейка изготовлена по методике, описанной в примере 1, при этом вместо титаната бария использовали титанат бария лигированный лантаном.
В таблице 1 приведена зависимость электрической мощности, (мВт), а также величин напряжения (В) и электрического тока (мА) одной элементарной ячейки при внешней нагрузке в 1000 Ом от материалов сигнетоэлектрика -полупроводника относительно образца сравнения по прототипу из титаната бария.
Изучалась длительность работы каждого сегнетоэлектрика-полупроводника, входящего в состав одной элементарной ячейки. В интервале температур от -20 до +110 градусов Цельсия каждая элементарная ячейка непрерывно работает на протяжении более 18000 часов.
Как видно из приведенной таблицы, при использовании сегнетоэлектриков-полупроводников электрическая мощность резко возрастает. В случае применения титаната бария легированного ниобием (Nb) электрическая мощность элементарной ячейки генератора электроэнергии возросла в 2,088 раза по отношению к прототипу. В случае применения титаната бария легированного лантаном (La) электрическая мощность элементарной ячейки генератора электроэнергии возросла в 1,869 раза по отношению к прототипу.
Заявляемый генератор электроэнергии обладает значительным преимуществом перед прототипом в вопросах практического применения.
Формула изобретения
1. Генератор электроэнергии, включающий корпус с пакетом электропроводных пластин обоих знаков, разделённых слоем сегнетоэлектрика, при этом в пакете все слои плотно прилегают друг к другу, электропроводные пластины выполнены из раснородных проводников с различной концентрацией свободных электронов: двух различных металлов, например сурьма-висмут, железо-никель, титан-алюминий, или различных сплавов, например хромель-алюмель, хромель-копель, или комбинации металла и сплава, например железо-копель, сурьма-алюмель, висмут-хромель, при этом пакет пластин включает минимально одну элементарную ячейку, которая состоит из одного сегнетоэлектрика и двух разнородных проводников, которые размещены в следующей последовательности: проводниковая пластина - сегнетоэлектрик -отличная от первой проводниковая пластина, а при наличии в пакете больше одной элементарной ячейки они подключены к источнику потребления электрической энергии последовательно, или параллельно, или комбинированно - несколько элементарных ячеек подключены последовательно, а несколько элементарных ячеек подключены параллельно, отличающийся тем, что в качестве сегнетоэлектрика используется сегнетоэлектрик-нолупроводник, например нитрит натрия, полупроводниковую керамику на основе титанатов бария, необатов лития, калия, титанатов свинца и др.
(19)
(19)
(19)
|
