П’єзоелектричний перетворювач кінетичної енергії крапель дощу

Реферат: П'єзоелектричний перетворювач кінетичної енергії крапель дощу містить N п'єзопластингенераторів, раму-корпус та випрямляючі елементи. П'єзопластини-генератори покриті тонким електроізолюючим матеріалом та прикріплені до рами-корпусу на консолях під кутом до горизонту. UA 104441 U (12) UA 104441 U UA 104441 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пристрій призначений для отримання електричної енергії за рахунок деформації п'єзопластин-генераторів внаслідок механічної дії крапель дощу. Корисна модель належить до галузі енергетики, зокрема, до пристроїв для отримання електричної енергії за рахунок кінетичної енергії крапель дощу. Пристрій може бути використаний в енергетиці для одержання електричної енергії при живленні малопотужних споживачів електричної енергії, наприклад, світлодіодних джерел світла, радіоприймачів тощо. Кінетична енергія крапель дощу, як і енергія сонця чи вітру, є відновлюваним джерелом енергії. На даний момент дощові крапі належать до найменш експлуатованих джерел енергії. Щороку на поверхню Землі випадають сотні тисяч кубічних кілометрів води у вигляді дощу. Кожна краплина має кінетичну енергію, яка залежить від розміру краплі та від її швидкості. Проведені досліди показали, що п'єзоелектричний матеріал достатньо чутливий до перетворення кінетичної енергії крапель дощу в електричну. Експлуатація такого перетворювача енергії є абсолютно екологічно чистою без будь-яких викидів в атмосферу чи завдання шкоди навколишньому середовищу. На відміну від відомих вітрогенераторів відсутня будь-яка заборона використання пристрою такого виду в населених пунктах, оскільки не створюються додаткові акустичні шуми. До того ж у пристрої відсутні рухомі механічні частини, які суттєво зменшують час безвідмовної роботи. За відсутності сонця (хмарна погода, ніч) використання сонячних батарей є неефективним. Пропонований пристрій може слугувати доповненням (резервним джерелом) до сонячних фотоелементів. Близький за способом отримання електричної енергії пристрій [1] складається з рамикорпусу, п'єзопластин-генераторів з прямим п'єзоефектом, п'єзопластин деформації зі зворотним п'єзоефектом, електродів на головних поверхнях п'єзопластин обох типів, лінії затримки, генератора збудження, шин і провідників з'єднання, розподільної коробки з елементами гальванічної розв'язки, випрямлення і перетворення електроенергії до прийнятих параметрів. В основу корисної моделі поставлена задача отримання електричної енергії за рахунок механічної енергії крапель дощу. Поставлена задача вирішується тим, що п'єзопластинагенератор, вкрита тонкою електроізолюючою плівкою, певним чином розміщується у зоні випадання опадів. П'єзопластина-генератор кріпиться до рами-корпусу на консолях під кутом до горизонту. П'єзоелектричний перетворювач кінетичної енергії крапель дощу, що містить N п'єзопластин-генераторів, раму-корпус та випрямляючі елементи, згідно з корисною моделлю, п'єзопластини-генератори вкриті тонким електроізолюючим матеріалом та прикріплені на консолях до рами-корпусу під кутом до горизонту. На кресленні (фіг. 1) зображена схема електричної частини п'єзоелектричного перетворювача кінетичної енергії крапель дощу. П'єзоелектричний перетворювач кінетичної енергії крапель дощу складається з N-ної кількості п'єзопластин-генераторів (1), які вкриті електроізолюючуою плівкою, М-ної кількості діодів (3) та конденсатора (5). Працює пристрій наступним чином. Коли краплі дощу падають на поверхню п'єзопластингенератора, в ньому виникає механічна деформація, яка зумовлює виникнення напруги внаслідок прямого п'єзоелектричного ефекту. Завдяки тонкому ізолюючому матеріалу, яким вкрита п'єзопластина-генератор, усувається можливість замикання електродів п'єзопластинигенератора водяною плівкою. Для того, щоб ефективніше здійснювати перетворення кінетичної енергії з наступних крапель дощу, п'єзопластина-генератор розміщується під кутом (  ) до горизонту близько десяти градусів. Завдяки цьому краплі води стікають з певної точки даної п'єзопластини-генератора на іншу, розміщену нижче. Тому краплі води не поглинатимуть кінетичну енергію наступної падаючої краплі та передаватимуть набуту в процесі падіння кінетичну енергію наступній п'єзопластині-генератору. Для усунення оберненого п'єзоефекту, що може виникнути внаслідок паралельного підключення двох і більше п'єзопластингенераторів (1) між собою, необхідно використати діод (3). Кількість діодів М дорівнює кількості використаних п'єзопластин-генераторів N, тобто M=N. Швидкість заряджання конденсатора (5) залежить від величини деформації п'єзопластин-генераторів і, в кінцевому результаті, від кінетичної енергії крапель дощу та їх кількості за одиницю часу, а отже, від кількості заряджаючих електричних імпульсів. Кількість заряджаючих конденсатор електричних імпульсів можна суттєво збільшити, якщо заряджати даний конденсатор від достатньо великої кількості ввімкнених паралельно п'єзопластин-генераторів. Послідовне ввімкнення двох конденсаторів (5) та (6), під'єднаних відповідно до ланок 1÷N та 2÷S п'єзопластин-генераторів, через діоди 3÷М та 4÷D, дає можливість отримати вдвічі більший рівень вихідної напруги. Концентратор крапель дощу (8) збирає та концентрує падаючі краплі, які стікають на п'єзопластину-генератор. 1 UA 104441 U 5 10 15 20 25 30 Гідроізольована коробка (9), прикріплена до рами-корпусу, містить необхідну кількість радіоелементів (діоди, конденсатори), які надійно захищені від крапель дощу. П'єзопластинагенератор закріплена на консолі (10), яка з другого кінця прикріплена до рами-корпусу. На кресленні фіг. 2 зображено N-ну кількість п'єзопластин-генераторів (1, 2), закріплених на певній відстані (l мм) на консолях (10) до рами-корпусу (7). При каскадному розміщенні п'єзопластин-генераторів (один над одним) на віддалі близько 1,5 м з однієї краплі можливо отримати практично вдвічі більшу електричну енергію. Зі збільшенням віддалі між п'єзопластинами-генераторами швидкість падіння краплі зростає до величин, при яких сила тяжіння урівноважується силою аеродинамічного опору повітря. Отже, кінетична енергія крапель води досягає максимуму незалежно від висоти падіння. Кожна послідуюча довжина консолі, нижче розміщених п'єзопластин-генераторів, є більшою (а мм, b мм) у порівнянні з вище розміщеними п'єзопластинами-генераторами, з тим щоб забезпечити каскадну роботу системи. На кресленні фіг. 3 зображено вигляд зверху п'єзопластин-генератора кінетичної енергії крапель дощу. На кресленні фіг. 4 зображено креслення п'єзопластин-генераторів у корпусі, де: e - ширина консолі (10) на краю, до якого закріплена п'єзопластина-генератор, g - діаметр п'єзопластин-генераторів, f - діаметр п'єзопластини-генератора, j - висота п'єзопластинигенератора, k - загальна висота п'єзопластин-генераторів з корпусом. Виготовлена діюча модель пристрою. Отримано усереднену величину напруги зарядки конденсатора на рівні 0,8 В з однієї ланки (одна п'єзопластина-генератор, один діод та конденсатор) від однієї краплі за умови, що крапля води падає з висоти 1,5 м. При послідовному з'єднанні конденсаторів величина сумарної напруги є достатньою для використання DC/DC перетворювачів. За допомогою DC/DC перетворювачів можна отримати необхідну полярність та величину напруги на виході. Експериментально була визначена середня величина кінетичної енергії однієї краплі - до 1 млДж. Результати досліду дозволяють рекомендувати застосування приладу п'єзоелектричного перетворювача кінетичної енергії крапель дощу в галузі енергетики. Технічний прогрес змушує приділяти все більшу увагу відновлюваним і екологічно чистим джерелам енергії. На відміну від спалювання корисних копалин (вугілля, нафта, газ), енергія крапель дощу практично невичерпна. Застосування пристрою дасть найбільшу ефективність в регіонах, де часто випадають дощі (гори, тропіки). Можливі місця використання приладу у населеній місцевості - на дахах будинків, під водостічними трубами тощо. Джерело інформації: 1. Пат. 7127U, Україна, МПК (2013.01) H02N02/18, H01L41/113. П'єзогенератор електроенергії / М.П. Коваленко - Чинний від 15.06.2005. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 П'єзоелектричний перетворювач кінетичної енергії крапель дощу, що містить N п'єзопластингенераторів, раму-корпус та випрямляючі елементи, який відрізняється тим, що п'єзопластинигенератори покриті тонким електроізолюючим матеріалом та прикріплені до рами-корпусу на консолях під кутом до горизонту. 2 UA 104441 U 3 UA 104441 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4