способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления
Классы МПК: | H02J15/00 Системы для накопления электрической энергии H01M10/44 способы зарядки или разрядки F02P3/06 с емкостными накопителями энергии |
Патентообладатель(и): | Захваткин Александр Юрьевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-02-10 публикация патента:
27.04.1998 |
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для накопления электрической энергии большой энергоемкости в автономных системах электропитания. Сущность способа и устройства, его реализующего, заключается в том, что рабочий элемент предварительно обрабатывают до достижения атомарно-гладкой его поверхности, размещают его на одном из электродов и помещают в вакуумную камеру, а другой электрод соединяют с положительным потенциалом источника постоянного тока и осуществляют его вращение, измеряют величину тока утечки в цепи рабочий элемент - первый электрод - второй электрод, при достижении нулевого значения тока утечки снимают электроды и устанавливают рабочий элемент между другими электродами, соединенными с положительным потенциалом источника постоянного тока, предварительно понижая температуру в вакуумной камере до 5 - 10 К, повторно измеряют ток утечки, при достижении которым нулевого значения повышают температуру в вакуумной камере до нормальной и измеряют потенциал рабочего элемента. Рабочий элемент выполнен в виде диска, диаметр которого не менее чем в 80 - 100 раз больше его толщины и размещен на поверхности первого электрода, установленного с возможностью контакта со вторым электродом, при этом рабочая поверхность первого электрода в области, контактирующей с рабочей поверхностью второго электрода, выполнена в виде составного сегментообразного диска, сегменты которого выполнены последовательно чередующимися из проводящего и диэлектрического материалов, а рабочая поверхность второго электрода, установленного с возможностью вращения, выполнена в виде последовательно чередующихся выступов и впадин, при этом третий и четвертый электроды, заменяющие первый и второй электроды, выполнены из меди в виде стержней, в рабочий элемент расположен соосно между ними. Достигаемый технический результат состоит в создании электрического энергонакопителя энергетической объемной плотности, превышающей 10 ГВт
ч/м3. Изобретение позволяет получит автономные сверхмощные энергонакопители с высокой энергетической плотностью. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 табл., 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
Формула изобретения
1. Способ накопления электрической энергии, согласно которому осуществляют зарядку рабочего элемента от источника постоянного тока и измеряют ток утечки с последующим понижением температуры рабочего элемента, отличающийся тем, что рабочий элемент предварительно обрабатывают до получения его атомно-гладкой поверхности, размещают рабочий элемент на первом электроде устройства для накопления электрической энергии и помещают их в вакуумную камеру с давлением 10-7 - 10-8 мм рт.ст., в которой размещен второй электрод устройства, соединяют второй электрод с положительным потенциалом источника постоянного тока величиной 15 - 25 кВ, осуществляют вращение второго электрода с частотой 200 - 220 с-1, измеряют величину тока утечки в цепи рабочий элемент - первый электрод - второй электрод, по достижении нулевого значения тока утечки снимают первый и второй электроды, заменяют их третьим и четвертым электродами и устанавливают соосно между ними рабочий элемент, соединяют третий и четвертый электроды с положительным потенциалом источника постоянного тока, понижают температуру в вакуумной камере до 5 - 10К и плавно изменяют величину потенциала источника постоянного тока от 25 до 250 кВ, повторно измеряют ток утечки, по достижении нулевого значения которого повышают температуру в вакуумной камере до нормальной и измеряют потенциал рабочего элемента. 2. Устройство для накопления электрической энергии, содержащее рабочий элемент, размещенный между первым и вторым электродами источника тока, отличающееся тем, что оно снабжено третьим и четвертым электродами, предназначенными для замены первого и второго электродов, рабочий элемент выполнен в виде диска, диаметр которого не менее чем в 80 - 100 раз превышает его толщину, имеющего возможность размещения на поверхности первого электрода, установленного с возможностью контакта с вторым электродом, при этом рабочая поверхность первого электрода в области, имеющей возможность контактирования с рабочей поверхностью второго электрода, выполнена в виде составного сегментообразного диска, сегменты которого выполнены последовательно чередующимися из токопроводящего и диэлектрического материалов, причем площадь поверхности сегментообразного диска в 3,5 - 4,0 раза превышает площадь поверхности рабочего элемента, а рабочая поверхность второго электрода, установленного с возможностью вращения, выполнена в виде последовательно чередующихся выступов и впадин, при этом третий и четвертый электроды выполнены из меди в виде стержней, диаметры которых равны диаметру рабочего элемента, имеющего возможность установки между ними соосно, причем зазор между поверхностями рабочего элемента и поверхностями третьего и четвертого электродов не превышает 10-2 - 10-3 нм. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что рабочий элемент выполнен из свинца, а зазор между поверхностями выступов и впадин второго электрода составляет 10 - 20 мкм.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для накопления электрической энергии большой энергоемкости в автономных системах электропитания. Известен способ зарядки аккумулятора [1], основанный на пропускании через аккумулятор постоянного тока повышенной плотности и периодического подключения его электродов к дополнительному источнику электрической энергии для пропускания через аккумулятор импульсов тока обратной полярности длительностью 1-10 мс, при этом амплитуду импульсов выбирают на 5-10% больше величины ЭДС аккумулятора в момент подключения дополнительного источника. Сущность изобретения заключается в том, что заряд ведут при повышенной плотности постоянного тока, причем в течение зарядного периода производят снятие диффузионных ограничений, препятствующих повышению зарядного тока, путем подачи кратковременных импульсов электрического тока, длительность которых выбирают в миллисекундном диапазоне, а амплитуду такой величины, чтобы электродный потенциал был равен или близок потенциалу нулевого заряда. Длительность и скважность импульсов регулируют в функции определенных параметров аккумулятора, например напряжения на зажимах аккумулятора или его ЭДС, давления газа и т. д. , либо независимо от них по заранее заданной программе, что дает возможность предупредить появление нежелательных химических изменений в аккумуляторе. Импульсы электрического тока обратной полярности указанных длительности и амплитуды подают от внешнего источника, например от сети переменного тока промышленной частоты, коммутируемого по заданному закону. Недостаток известного способа заключается в его невысокой эффективности, заключающейся в том, что аккумулятор, заряженный этим способом, обладает невысокой энергоемкостью и имеет объемную энергетическую плотность порядка 0,1 МВт/м3, что определяется физическими принципами получения электричества за счет ионизации кислоты. Известное устройство для накопления электрической энергии [2] содержит батарею накопительных элементов в виде n включенных последовательно конденсаторов, n дифференциальных усилителей, n элементов задержки, блок амплитудной селекции, n элементов И, n ключей, n шунтовых резисторов, n диодов, ограничительный резистор, коммутатор, датчик тока, первый второй и третий пороговые элементы. Устройство позволяет в результате отслеживания заряда каждого последовательно включенного конденсатора и управления зарядом каждого последовательно включенного конденсатора и управления зарядом конденсаторов путем их шунтирования осуществить заряд каждого из конденсаторов равномерно и получить на каждом конденсаторе и на всей батареи требуемый уровень рабочего напряжения. Недостатком этого устройства является его невысокая энергоемкость. Известен способ накопления электрической энергии в молекулярном конденсаторе [3] , который является наиболее близким способом по технической сущности и решаемой задаче. Известный способ заключается в том, что электрическую энергию накапливают в молекулярных конденсаторах, которые являются наиболее пригодными для накопления большого количества электрической энергии, так как электрическая удельная емкость молекулярных конденсаторов значительно выше электрической удельной емкости традиционных конденсаторов. Длительному хранению накопленной электрической энергии в таких конденсаторах препятствует сравнительно низкое значение постоянной времени саморазряда (10-12 сут), обусловленное небольшим электрическим сопротивлением поляризованной среды. Увеличение срока хранения электрической энергии достигается снижением потерь за счет саморазряда. Способ заключается в том, что молекулярный конденсатор заряжают от источника постоянного тока до номинального напряжения. В конце процесса зарядки конденсатор охлаждают до температуры, при которой ток утечки - i утечки соответствует величине, определяемой соотношением:![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110130/2110130-2t.gif)
где
Uo - напряжение, до которого заряжают конденсатор;
C - равновесная емкость молекулярного напряжения;
t - время хранения, за которое напряжение на обкладках конденсатора уменьшается на допустимую величину. Процесс накопления осуществляют следующим образом. Молекулярный конденсатор заряжают от источника постоянного тока до номинального напряжения. В конце процесса зарядки температуру конденсатора понижают, пока ток утечки не достигнет желаемой величины. В замороженном состоянии накопленная электрическая энергия может храниться в течение нескольких месяцев. Для разряда молекулярный конденсатор необходимо разогреть до рабочей температуры. Способ позволяет применять молекулярные конденсаторы вместо химических резервных источников тока, причем в отличие от последних молекулярные конденсаторы могут быть использованы многократно, однако существенный недостаток этого способа заключается в том, что конденсатор обладает относительно малой энергоемкостью. Общими существенными признаками предлагаемого способа и известного являются следующие: зарядка рабочего элемента от источника постоянного тока, измерение тока утечки и последующее понижение температуры рабочего элемента. Отличительными существенными признаками предлагаемого способа накопления электрической энергии являются следующие: рабочий элемент предварительно обрабатывают до достижения атомарно-гладкой его поверхности, размещают его на одном из электродов и помещают в вакуумную камеру с давлением 10-7 - 10-8 мм рт. ст. , а другой электрод соединяют с положительным потенциалом источника постоянного тока величиной 15-25 кВ и осуществляют его вращение со скоростью 200-220 с-2, измеряют величину тока утечки в цепи рабочий элемент - первый электрод - второй электрод, при достижении нулевого значения тока утечки снимают электроды и устанавливают рабочий элемент между другими электродами, соединенными с положительным потенциалом источника постоянного тока, величину которого плавно изменяют от 25 до 250 кВ, предварительно понижая температуру в вакуумной камере до 5-10 К, повторно измеряют ток утечки, при достижении которым нулевого значения повышают температуру в вакуумной камере до нормальной и измеряют потенциал рабочего элемента. Известно устройство для накопления электрической энергии [4], которое является наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к предложенному устройству, содержащее созданный обкладками конденсатора единый гибридный узел типа конденсатор-катушка индуктивности, при этом обкладки конденсатора являются и обмотками катушки индуктивности, выполненные из сверхпроводящего материала и погруженные в криоген. Катушка индуктивности имеет сердечник с заданной магнитной проницаемостью, смещением которого можно повышать индуктивность обмоток катушки. Накопление электрической энергии производят в накопителе с помощью источника тока, диодов и выключателей в объеме диэлектрика и за счет циркуляции тока в обмотках. Общим существенным признаком заявляемого устройства и известного является рабочий элемент, размещенный между двумя электродами. Отличительными существенными признаками предлагаемого устройства являются следующие: рабочий элемент выполнен в виде диска, диаметр которого не менее чем в 80-100 раз больше его толщины, и размещен на поверхности первого электрода, установленного с возможностью контакта со вторым электродом, при этом рабочая поверхность первого электрода в области, контактирующей с рабочей поверхностью второго электрода, выполнена в виде составного сегментообразного диска, сегменты которого выполнены последовательно чередующимися из токопроводящего и диэлектрического материалов, причем площадь поверхности сегментообразного диска в 3,5-4 раза превышает площадь поверхности рабочего элемента, а рабочая поверхность второго электрода, установленного с возможностью вращения, имеет Z-образную форму и выполнена в виде последовательно чередующихся выступов и впадин, при этом дополнительно введенные третий и четвертый электроды, заменяющие первый и второй электроды, выполнены из меди в виде стержней, диаметры которых равны диаметру рабочего элемента, соосно расположенного между ними, причем зазор между поверхностями рабочего элемента, третьего и четвертого электродов не превышает 10-2 - 10-3 нм. При этом рабочий элемент выполнен из свинца, а зазор между поверхностями выступов и впадин второго электрода составляет 10-20 мкм. Технический результат, который достигается при использовании изобретения - способа накопления электрической энергии и устройства для его осуществления, - это создание электрического энергонакопителя энергетической объемной плотности, превышающей 10 ГВт
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110046/955.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110021/916.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110046/955.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110021/916.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110046/961.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110059/964.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110046/961.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110059/964.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110077/969.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110046/963.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110046/963.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110046/949.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110046/955.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110021/916.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110130/2110130-3t.gif)
![способ накопления электрической энергии и устройство для его осуществления, патент № 2110130](/images/patents/361/2110031/183.gif)
Класс H02J15/00 Системы для накопления электрической энергии
Класс H01M10/44 способы зарядки или разрядки
Класс F02P3/06 с емкостными накопителями энергии