Гідравлічний п’єзогенератор електроенергії

Реферат: UA 72865 U UA 72865 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв, що використовують природні фактори для генерування енергії, і може використовуватись для виробництва нетрадиційної екологічно чистої електроенергії. Відомий гравітаційний генератор електроенергії, що містить навантажувальну платформу з упорами, яка розміщена в дорожній смузі, а також зубчасте колесо, привідний вал, однобічну муфту і електрогенератор, причому платформу розмішують над твердим покриттям дороги, і яка виконана у вигляді системи навантажувальних елементів, які змонтовані в гідромагістралі, зв'язаній з гідроприводом (UА 44 027, 2009 р. F03G 3/00). В цьому технічному рішенні застосовується принцип роботи - близький до роботи перильстатичного насоса. Так, під час руху по платформі, колеса автотранспортного засобу деформують вмонтовані в неї гнучкі еластичні трубки, внаслідок чого з них витісняється робоча рідина і подається під тиском до гідроакумулятора і далі, через систему механізмів, до електрогенератора. При русі автотранспортного засобу із швидкістю 60 км/г, термін витиснення робочої рідини з еластичних трубок навантажувальної платформи (наприклад довжиною 15м) становить: t=(15мх3600сек)/60000 м/г=0,9 сек. При середній дистанції між автомобілями в 25 м, вони проїжджають по платформі через кожні 1,5 сек.=(25 м х 3600 сек.)/60000 м/г. Таким чином гідроудари тривалістю в 0,9 сек. генеруються (в середньому) через кожні 1,5 сек. Не применшуючи переваг даної конструкції в плані реалізації екологічно чистого процесу отримання нетрадиційної електроенергії слід, відмітити і її недолік. Це низький ККД (коефіцієнт корисної дії), тому що не використовується енергія гідроударів. При його роботі відбувається дисипація (розсіювання) значної частини енергії потоку робочої рідини. Енергія гідроударів іде на нагрівання конструктивних елементів гідромагістралі. Відома хвильова енергетична установка, що містить поплавок і п'єзоелементи, причому поплавок виконаний порожнистим і оснащений інерційними тілами, які встановлені всередині його групами або окремо і взаємодіють з п'єзоелементами, що розташовані між внутрішньою поверхнею поплавця і інерційними тілами, причому останні пов'язані з поплавком і п'єзоелементами за допомогою пружних елементів з можливістю виконання коливальних рухів (UA 9964, 1993 p. F03В 13/14; 13/16). Недоліком даної енергетичної установки є мала потужність при значних габаритних розмірах. Відома хвильова гідроелектростанція, що містить опору з закріпленими на ній п'єзоелектрогенераторами, поплавок, кінематично пов'язаний з притискним щитом, розташованим над п'єзоелектрогенераторами, причому опора розміщена на березі або платформі, і на ній встановлені стояки з осями, кінематичний зв'язок поплавка виконаний у вигляді різноплечого важеля, встановленого на осях, поплавок прикріплений до більшого плеча, а притискний щит до меншого, при цьому п'єзоелектрогенератор набраний із секцій, розташованих одна над одною і розділених діелектричними прокладками, причому кожна секція виконана з п'єзоплівок, розміщених між верхньою і нижньою підкладками, причому товщина п'єзоплівки в секції приймається у відповідності з виразом:  і  1 2і  1, де 1і товщина п'єзоплівки першої верхньої секції, а 2 товщина п'єзоплівки i-ї секції (RU 2 074 328, 1993 р. F03В 13/14). Недоліком даної гідроелектростанції є невисока якість електроенергії, що залежить від сили хвиль, а для забезпечення солідної потужності необхідно використовувати масштабний за розмірами притискний щит. Також при великих розмірах щита складно забезпечити рівномірне натискання (передачу механічного зусилля) на п'єзоплівки. Тому ККД генерування електроенергії буде низьким. Найбільш близьким по технічній суті до корисної моделі є спосіб компенсації гідравлічного удару в трубопровідній мережі і пристрій для його здійснення, який полягає в тому, що пульсації тиску компенсують шляхом перетворення енергії потоку рідини, при гідравлічному ударі, частково в електричну енергію, використовуючи властивість п'єзоелементів продукувати електричний заряд при їх деформації, також частину енергії компенсують за рахунок деформації послідовно з'єднаних пружних або в'язкопружних елементів, а пристрій для здійснення способу містить розрізний трубопровід з вхідним і вихідним фланцями для з'єднання з захисною трубопровідною мережею і встановлений між торцевими поверхнями кінців розрізаного трубопроводу поперечно-гофрований елемент типу сильфона, який герметично закріплений до кінців трубопроводу, причому кінці трубопроводу поміщені з радіальним зазором в циліндричну камеру з фланцями, а в радіальному зазорі між трубопроводом і циліндричної камерою послідовно встановлені один або кілька п'єзоелементів у вигляді цілісних або складових кілець, щільно посаджених на кінці трубопроводу, також циліндрична камера герметично закрита з двох сторін за допомогою одного або декількох послідовно встановлених 1 UA 72865 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пружних або в'язкопружних ущільнювальних елементів, а до п'єзоелемента приєднані електричні дроти для відводу назовні перетвореної енергії, причому дроти виведені через герметичний отвір в циліндричній камері, виконаної з розрахунком на надлишковий тиск, також циліндрична камера забезпечена датчиком тиску (RU 2 422 715, 2009 р. F16L 55/045). Недоліком даного технічного рішення є низька потужність генерування нетрадиційної електроенергії, із-за неможливості задіяти в технологічний процес великої кількості п'єзоелементів. Задачею корисної моделі є суттєве підвищення ККД і відповідно потужності генерування електроенергії п'єзоелементами, а також надійності і довговічності конструкції. Поставлена задача вирішується компактним розміщенням великої сумарної робочої площі п'єзоелементів в обмеженому об'ємі з одночасним забезпеченням рівномірної передачі до них механічної енергії. Поставлена задача вирішується тим, що гідравлічний п'єзогенератор електроенергії містить циліндричну камеру, яка виконана з розрахунком на надлишковий тиск і в якій установлено п'єзоелементи з приєднаним електричним дротом для відводу назовні перетвореної енергії, згідно з корисною моделлю, п'єзоелементи герметично розміщені в дископодібних тарілках, які нанизані на стержень, а до циліндричної камери приєднаний розподільчий колектор з пристроями для підвищення та пульсації тиску, крім того циліндрична камера з колектором заповнені робочою рідиною, а пристрої для підвищення та пульсації тиску представляють собою плунжер, та генератор гідравлічних ударів. Пропонована корисна модель пояснюється кресленнями гідравлічного п'єзогенератора електроенергії: на Фіг. 1 - загальний вигляд; на Фіг. 2 - показано дископодібну тарілку з п'єзоелементами (див. виноску І з Фіг. 1). Гідравлічний п'єзогенератор електроенергії (див. Фіг. 1, Фіг. 2) містить, циліндричну камеру 1, яка виконана з розрахунком на надлишковий тиск і в якій установлено п'єзоелементи 2 з приєднаним електричним дротом 3 для відводу назовні перетвореної енергії, п'єзоелементи герметично розміщені в дископодібних тарілках 4, які нанизані на стержень 5, а до циліндричної камери приєднаний розподільчий колектор 6 з пристроями для підвищення та пульсації тиску, які представляють собою підпружинений плунжер 7, та генератор гідравлічних ударів 8. Циліндрична камера з колектором заповнені робочою рідиною, а зазори між п'єзоелементами та зовнішніми стінками 9 дископодібних тарілок заповнені гідроелектроізолюючим матеріалом 10. Генератор гідравлічних ударів оснащений вхідним патрубком 11, по якому в нього надходить енергетичний потік рідини і вихідним (зливним) патрубком 11, по якому відводиться використаний потік рідини. Гідравлічний п'єзогенератор електроенергії також оснащений запобіжним клапаном (на кресленнях не показаний). Гідравлічний п'єзогенератор працює наступним чином. В генератор гідравлічних ударів 8, через патрубок 11, надходить під тиском енергетичний потік рідини. Це може бути енергія водяного потоку від хвиль, чи енергія витиснутої рідини при наїзді транспортних засобів на навантажувальну платформу (див. UA 44 027, 2009 p. F03G 3/00) і т.п. Генератор гідравлічних ударів 8 в енергетичному потоці створює гідравлічні пульсації (імпульси тиску в рідкому середовищі), які взаємодіють з пристроєм для підвищення тиску (наприклад підпружиненим плунжером 7). Від плунжера імпульси підвищеного тиску надходять через розподільчий колектор 6 в заповнену робочою рідиною циліндричну камеру 1. Розподільчий колектор забезпечує рівномірний розподіл імпульсів підвищеного тиску в циліндричній камері, адже рідини вважаються нестисливими лише в порівнянні з газами, а насправді стискаються приблизно в тій же мірі, що і тверді тіла з кристалічною структурою. Відомо, що тиск в рідині передається в усі напрямки рівномірно. Тому імпульси підвищеного тиску, через зовнішні стінки 9, які можуть бути виготовленими із тонколистової пружинної сталі, рівномірно діють на гідроелектроізолюючий матеріал 10, який в свою чергу стискає п'єзоелементи 2. При деформації п'єзоелементів продукується електричний заряд, який дротом 3 виводиться з циліндричної камери. Таким чином створений гідравлічний п'єзогенератор електроенергії дозволяє компактно розміщувати п'єзоелементи з великою сумарною робочою площею і при цьому рівномірно передавати до них механічну енергію. Це забезпечує суттєве підвищення ККД і відповідно потужність генерування електроенергії п'єзоелементами, а також довговічність і надійність їх експлуатації. 2 UA 72865 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 1. Гідравлічний п'єзогенератор електроенергії, що містить циліндричну камеру, яка виконана з розрахунком на надлишковий тиск і в якій установлено п'єзоелементи з приєднаним електричним дротом для відводу назовні перетвореної енергії, який відрізняється тим, що п'єзоелементи герметично розміщені в дископодібних тарілках, які нанизані на стержень, а до циліндричної камери приєднаний розподільчий колектор з пристроями для підвищення та пульсації тиску, крім того циліндрична камера з колектором заповнені робочою рідиною. 2. Гідравлічний п'єзогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що пристрої для підвищення та пульсації тиску представляють собою плунжер, та генератор гідравлічних ударів. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3