Пристрій для отримання електричної енергії

Пристрій для отримання електричної енергії, що включає корпус з пакетом пластин обох знаків, які відокремлені шаром сегнетоелектрика та обладнані зарядовою пластиною, яка відокремлена від інших шаром сегнетоелектрика який відрізняється тим, що зарядова пластина виконана з біполярного електрета, наприклад з політетрафторетилену, поліетилентерефталату, полікарбонату, титанату кальцію, скла, ситалів, а як сегнетоелек 3 34582 - нестабільність вольт-амперних характеристик при використанні; Відомий пристрій вибраний прототипом. Прототип і пристрій, що заявляється, мають такі спільні ознаки: - наявність корпусу, усередині якого розташовані пакети пластин обох знаків, які розділені шаром діелектрика-сегнетоелектрика; - наявність зарядової пластиною, яка відокремлена від інших пластин шаром такого ж діелектрика-сегнетоелектрика. Відомі різноманітні діелектрики: Сегнетоелектрики - діелектрики, що володіють мимовільною поляризацією, яка істотно збільшується і змінюється під впливом зовнішніх дій, зокрема, під дією електростатичних і магнітних полів. Сегнетоелектрики по своїх властивостя х багато в чому аналогічні феромагнетикам [див. Желудев І. Сегнетоэлектрики. Основы сегнетоэлектрики, М., 1973]. Електрети-діелектрики здатні накопичувати і тривало зберігати електричний заряд або поляризацію. Завдяки цьому вони здатні стабільно створювати в навколишньому просторі статичне, електромагнітне поле. Електрети є формальними аналогами постійних магнітів, що створюють навколо себе магнітне поле [див. Електрети /Пер. с англ. Под ред. Г.Сесслера, М.:Мир, 1983]. В основу корисної моделі поставлено задачу створити пристрій в якому можливо отримувати електричну енергію за рахунок утилізації внутрішньої енергії речовини, яка використовується. Поставлена задача вирішена в пристрої для отримання електричної енергії, що включає корпус з пакетом пластин обох знаків, які розділені шаром сегнетоелектрика та обладнані зарядовою пластиною, яка відокремлена від інших шаром сегнетоелектрика тим, що зарядова пластина виконана з біполярного електрета, наприклад з політетрафторетилену, поліетилентерефталату, полікарбонату, титанату кальцію, скла, ситалів і ін., а як сегнетоелектрик використовують стабілізований монокристалічний сегнетоелектрик, наприклад, титанат барію, полівініліденфторид, триглицинсульфат, сегнетову сіль, дигідрофосфат калію, ніобат літію, фторберилат амонію і ін., при цьому пакет пластин містить мінімально один елемент, який складається з одного електрету та двох металевих пластин, при цьому усі вони щільно прилягають один до одного та розміщені у наступній послідовності: металева пластина - сегнетоелектрик- электрет-сегнетоелектрик-металева пластина, а при наявності в пакеті більше одного елемента вони чергуються таким чином, що кожний наступний елемент розташовується по відношенню до попереднього, прилягаючи однойменними зарядами металевих пластин. При виготовленні пристрою для отримання електричної енергії, який містить декілька елементів те хнологічно передбачається заміна двох суміжних однойменних металевих пласти одною металевою пластиною. Інтервал робочих температур, довговічність, стабільність і електрична потужність пристрою для отримання електричної енергії залежить від фізико-хімічних властивостей матеріалу сегнетоелектрика та електрета, технології їх 4 виготовлення, а електрична потужність елемента знаходиться в прямо пропорційної залежності від площі електрета. Новим в пристрої для отримання електричної енергії є те, що зарядова пластина виконана з біполярного електрета, наприклад з політетрафторетилену, поліетилентерефталату, полікарбонату, титанату кальцію, скла, ситалів і ін., а як сегнетоелектрик використовують стабілізований монокристалічний сегнетоелектрик, наприклад, титанат барію, полівініліденфторид, триглицинсульфат, сегнетову сіль, дигідрофосфат калію, ніобат літію, фторберилат амонію і ін., при цьому пакет пластин містить мінімально один елемент, який складається з одного електрету та дво х металевих пластин, усі вони щільно прилягають один до одного та розміщені у наступній послідовності: металева пластина-сегнетоелектрик-електретсегнетоэлектрик-металева пластина, а при наявності в пакеті більше одного елемента вони чергуються таким чином, що кожний наступний елемент розташовується по відношенню до попереднього, прилягаючи однойменними зарядами металевих пластин. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються і технічним результатом, що досягається в пристрої для отримання електричної енергії полягає в наступному: використання біполярного електрета і стабілізованого монокристалічного сегнетоелектрика в пакеті пластин, які розміщені у наступній послідовності: металева пластина-сегнетоелектрик-електретсегнетоелектрик-металева пластина дозволяють стабільно отримувати електроенергію необхідної потужності за рахунок утилізації внутрішньої енергії використовуваної речовини електрета та сегнетоелектрика, наприклад при потужності одного елемента 0,160млВт пристрій безперервно працює на протязі не менше чим 8000 годин (див. таблицю., приклад №3). На Фіг.1 наведений пакет пристрою для отримання електричної енергії, що складається з одного елемента. На Фіг.2 наведений пакет пристрою для отримання електричної енергії, що складається з п'яти елементів, при цьому кожний наступний елемент розташовується по відношенню до попереднього, прилягаючи однойменними зарядами металевих пластин. На Фіг.3 наведений пакет пристрою для отримання електричної енергії, що складається з п'яти елементів, при цьому замість двох суміжних металевих пластин використовують одну. Пристрій для отримання електричної енергії складається з корпусу 1, в якому розміщені пакети пластин, при цьому мінімально один елемент складається з: одного електрета 2, з обох сторін якого розташовані шари сегнетоелектрика 3 та двох металевих пластин 4. Корпус 1 обладнаний ізолятором 5. У елементі кожна металева пластина 4 сполучена з одним з полюсів джерела споживання електроенергії (див. Фіг.1). При наявності в пакеті більше одного елемента металеві пластини 4 чергуються таким чином, що кожний подальший елемент розташовується по відношенню до попе 5 34582 реднього, прилягаючи однойменними зарядами металевих пластин 4. Технологічно передбачена заміна двох суміжних однойменних металевих пластин 4, однією спільною пластиною. Пристрій для отримання електричної енергії складається як мінімум з одного елемента, який наведений на Фіг.1, де забезпечено щільне прилягання усіх компонентів. Як електропровідні металеві пластини використовується алюмінієва або мідна фольга завтовшки 0,1мм. Шари фольги виготовлялися площею 1дм 2. Приклади використання різних діелектриків при виготовленні пакетів пластин елемента наведені нижче. Були використані наступні діелектрики: Політетрафторетилен, температура плавлення °С (Тпл) -310, діелектрична проникність (ε) -3,1; Поліетилентерефталат, температура плавлення °С (Тпл) -170, діелектрична проникність (ε) 2,6; Ситал, температура плавлення °С (Тпл) -750, діелектрична проникність (ε) -5,3; Титанат барію, точка Кюрі °С (Тк) - 120, максимальна спонтанна поляризація (Ps), мкКл/м 2 300; Полівініліденфторід, точка Кюрі °С (Тк) - 170, максимальна спонтанна поляризація (Ps), мкКл/м 2 -80; Сегнетова сіль, точка Кюрі °С (Тк) - 24, максимальна спонтанна поляризація (Ps), мкКл/м 2 -2,5. Приклади виготовлення електрета 1-3. Приклад 1. Виготовлення электрета з політетрафторетилену. Плівку політетрафторетилену завтовшки 0,15мм піддають термообробці в атмосфері азоту при 265-270°C протягом 120 хвилин, а потім впливають полем коронного розряду при напрузі 45кВ і часу поляризації 180-200 секунд в процесі інтенсивного охолоджування із швидкістю 140-150°С/хв до температури 10-11°С. Приклад 2. Виготовлення електрета з поліетилентерефталату. Поліетилентерефталат, завтовшки 0,20мм піддають термообробці в атмосфері азоту при 115-120°С протягом 90 хвилин, а потім впливають полем коронного розряду при напрузі 25кВ і часу поляризації 180-200 секунд в процесі інтенсивного охолоджування із швидкістю 140-150°С/хв до температури 10-11°С. Приклад 3. Виготовлення електрета з ситалу. Пластинку ситалу завтовшки 1,0мм, температурою текучості 750°С піддають термообробці в атмосфері азоту при 600-620°С протягом 120 хвилин, а потім впливають полем коронного розряду при напрузі 75кВ і часу поляризації 700-720 секунд в процесі охолоджування із швидкістю 50-60°С/хв. до температури 40-45°С. Приклади виготовлення стабілізованих монокристалічних сегнетоелектриків 4-6. Приклад 4. Виготовлення стабілізованого монокристалічного титанату барію. 6 Суміш інгредієнтів, в наступному співвідношенні: хлористий барій 63,22%, карбонат натрію 20,97%, двоокис титану 15,81% - подрібнюють до 10мкм. Отриману суміш сплавляють при температурі 960-980°С протягом 0,5 години. Отриманий сплав вливають в 20-25 кратний об'єм води і перемішують до однорідної суспензії. Суспензію відстоюють, осад відокремлюють, відмивають бідистильованою водою від іонів барію та хлора. Відсутність іонів барію та хлора контролюють в промивних водах аналітичним способом [див. А.П. Крешков. Основы аналитической химии, М.:"ХИ МИЯ", 1976г.]. Після промивання осад відокремлюють і сушать до вологості менш ніж 0,01%, при цьому осад не повинен спекатися. Висушений порошок змішують з поліметилсилоксаном, що є сполукою CH3[(CH3)2SiO] 10Si(CH 3)3 при співвідношенні 16:1 до однорідної пасти. Приклад 5. Виготовлення стабілізованого монокристалічного полівініліденфторида. Готують насичений при 99-100°С розчин полівініліденфторида (Тпл. 170-171°С) в диметилформаміді. До приготованого при термостатуванні (99100°С) розчину при турбулентному перемішуванні додають арілсилан - СН3Si(C6H5)3 в кількості 1112г на 1л розчину і емульгують протягом 45-50 хвилин. Перемішують емульсію та охолоджують її до 15°С з швидкістю не менше 7,5°С/хв та далі перемішують не менше ніж 8 годин. Отриману пульпу центрифугують, а тверду фракцію, промивають дистильованою водою. Порошок сушать до вологості не більше 0,05%, не допускаючи спікання. Приклад 6. Виготовлення стабілізованої монокристалічної сегнетової солі. Готують насичений водний розчин сегнетової солі і термостатують його при 80°С, перемішують і додають до нього пропиловий спирт -170мл на 1л розчину. При перемішуванні суміш охолоджують зі швидкістю не менше 6°С/хв до 18-20°С. Пульпу, що утворилася, перемішують не менше ніж 3 години, центрифугують, відокремлюють дрібнодисперсні кристали і сушать на центрифузі до заданої вологості. Приклади залежності експлуатаційних характеристик пристрою для отримання електричної енергії від його геометричних розмірів і матеріалу електрета і сегнетоелектрика наведені в таблиці. Як видно з таблиці, при використанні електрета з політетрафторетилену, сегнетоелектрика з титанату барію потужність 1 елемента складає 0,125млВт, а пакета з 10 елементів - 16,2млВт. Такий пристрій працюватиме 8500 годин та не потребує використання додаткового джерела струму. Пристрій для отримання електричної енергії, що заявляється, може знайти застосування в електротехніці як автономне джерело електроживлення. По відношенню до відомих, заявлений пристрій конструктивно простий та дозволяє отримувати електричну енергію шляхом використання внутрішньої енергії матеріалів, які використовують при його виготовленні. 7 34582 8 Таблиця Залежності експлуатаційних характеристик пристрою для отримання електричної енергії від його геометричних розмірів і матеріалу електрета і сегнетоелектрика № Матеріал електрета 1 Політетрафторетилен 2 Поліетилентерефталат 3 Ситал 4 Політетрафторетилен 5 Поліетилентерефталат 6 Ситал 7 Політетрафторетилен 8 Поліетилентерефталат 9 Ситал Матеріал сегнетоелектрика Потуж- ЕлектричІнтервал Потуж- Електрична Тривалість, ність паке- на ємність робочих ність еле- ємність викорита із 10 пакета з 10 темперамента, елемента, елементів, елементів, стання, тур, °С млВт пкф год. млВт пкф Титанат барію -30 до+110 8500 340 14,75 6500 8000 270 15,85 6300 8000 0,045 320 4,00 6400 5500 0,040 300 3,75 5800 5000 250 4,05 6000 6000 0,010 0 до+24 6800 0,065 Сегнетова сіль 16,20 0,160 -20 до+140 350 0,125 Полівініліденфторид 0,125 150 2,10 2900 6000 0,009 150 2,00 2800 5500 0,012 140 2,00 2500 7000 9 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 34582 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601