L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
Энергогенерирующее устройство
| Название | Энергогенерирующее устройство |
|---|---|
| Разработчик (Авторы) | Ибатуллин Ильдар Дугласович, Парфенов Кирилл Викторович, Кац Николай Григорьевич, Парфенова Светлана Николаевна |
| Вид объекта патентного права | Изобретение |
| Регистрационный номер | 2818660 |
| Дата регистрации | 03.05.2024 |
| Правообладатель | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" |
| Область применения (класс МПК) | H02N 10/00 (2006.01) H10N 10/10 (2023.01) |
Описание изобретения
Энергогенерирующее устройство относится к области электрогенерирующих устройств для преобразования механической энергии движения в другие формы энергии. Предложено энергогенерирующее устройство, содержащее вязкую жидкость, способную перемещаться при нажатии на устройство, при этом корпус выполнен из эластомерного материала, внутри корпуса имеется полость, заполненная вязкой жидкостью. Верхняя часть корпуса изготовлена из эластомера с пониженной теплопроводностью, а нижняя часть из эластомера с повышенной теплопроводностью. Нижняя часть корпуса связана с одним или множеством термоэлектрических преобразователей. Нижняя часть термоэлектрических преобразователей контактирует с основанием. Каждый термоэлектрический преобразователь разделен сепаратором. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции энергогенерирующего устройства, сокращение затрат на его производство, уменьшение габаритов энергогенерирующего устройства и возможность получения как электрической, так и тепловой энергии. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область техники
Изобретение относится к области электрогенерирующих устройств для преобразования механической энергии движения в другие формы энергии.
Уровень техники
Известно аналогичное устройство [Патент US №2019/0238028 A1/ CraigWebster, BenGordon, Pub. Date: 01/08/2019], содержащее корпус с исполнительным механизмом, подвижным относительно него, и вращающимся элементом, способным вращаться относительно корпуса. Вращающийся элемент может взаимодействовать с приводом таким образом, что его движение вызывается действием привода. Электрический генератор включает в себя статор, который жестко прикреплен к корпусу, и ротор, способный получать кинетическую энергию вращения от вращающегося элемента. Ротор и статор взаимодействуют таким образом, что, при вращении ротора относительно статора, происходит электромагнитная индукция в роторе и/или статоре, производя трехфазный переменный ток. Электрический генератор дополнительно содержит электронную схему, включающую выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный ток, а также контроллер тока, предназначенный для регулирования постоянного тока до достижения фиксированного значения.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, невозможность получения других видов энергии и большая толщина энергогенерирующего устройства, требующего более габаритной упаковки.
В качестве прототипа выбрано устройство, описанное в изобретении [Патент CN №214007402U / Zhuhai Hengqin Lihao Building Materials Coltd, Pub. Date: 20/08/2021] и содержащий гидравлическую систему, включающую в себя эластичное силовое устройство, два аккумулятора гидравлической энергии, гидравлический генератор, два трубопровода для гидравлического масла и два односторонних клапана. Первый и второй трубопровод соединены параллельно между эластичным силовым устройством и гидравлическим генератором. Первый аккумулятор связан с первым трубопроводом, а второй аккумулятор – с вторым трубопроводом. Система преобразует механическую энергию в гидравлическую с помощью эластичного силового устройства, приводит в действие гидрогенератор через систему гидравлической передачи и преобразует гидравлическую энергию в электрическую для выработки электроэнергии.
Недостатком прототипа является сложность конструкции и большая толщина энергогенерирующего устройства.
Раскрытие сущности изобретения
Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции энергогенерирующего устройства, сокращение затрат на его производство, уменьшение габаритов энергогенерирующего устройства и возможность получения как электрической, так и тепловой энергии.
Технический результат достигается тем что, энергогенерирующее устройство, содержит полый эластичный элемент, наполненный подвижной вязкой жидкостью, который выполнен из эластомерного материала, верхняя часть которого изготовлена из эластомера с пониженной теплопроводностью, а нижняя часть из эластомера с повышенной теплопроводностью, при этом нижняя часть соединена с одним или множеством термоэлектрических преобразователей, а каждый термоэлектрический преобразователь разделен сепаратором, изготовленным из устойчивого к механическим нагрузкам материала и представляющим собой сплошную решетку с ребрами жесткости.
Для увеличения генерирования электроэнергии термоэлектрические преобразователи электрически соединены между собой. Энергогенерирующее устройство дополнительно может быть оснащено различными преобразователями, изменяющими величину напряжения или форму тока.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображена конструкция заявленного энергогенерирующего устройства, где показаны: 1 – верхняя эластомерная поверхность, 2 – вязкая жидкость, 3 – нижний теплопроводный слой, 4 – сепаратор, 5 – термоэлектрические преобразователи.
На фиг. 2 изображена конструкция заявленного энергогенерирующего устройства сбоку в разрезе, где показаны: 1 – верхняя эластомерная поверхность, 2 – вязкая жидкость, 3 – нижний теплопроводный слой, 4 – сепаратор, 5 – термоэлектрические преобразователи, 6 –основание.
Энергогенерирующее устройство содержит полый эластичный элемент, состоящий из верхнего износостойкого слоя, имеющего антискользящий рельеф и хорошее поглощение ИК излучений – верхняя эластомерная поверхность 1, и нижнего слоя с высокой теплопроводностью – нижний теплопроводный слой 3. Верхняя и нижняя поверхности корпуса соединены друг с другом неразъемным соединением, например при помощи клея или с применением вулканизации. Внутренняя часть эластичного элемента заполнена вязкой жидкостью 2. Нижняя часть эластичного элемента связана с жестким сепаратором 4, внутри которого уложены термоэлектрические преобразователи 5 таким образом, что верхняя поверхность термоэлектрических преобразователей 5 находится в тепловом контакте с нижней частью эластичного элемента – нижним теплопроводным слоем 3, а нижняя поверхность термоэлектрических преобразователей 5 находится в тепловом контакте с холодным основанием 6, на котором укладывают устройство.
Осуществление изобретения
Заявленное энергогенерирующее устройство работает следующим образом: при надавливании ногой верхняя эластомерная поверхность 1 прогибается внутрь, деформируя вязкую жидкость 2. При этом механическая энергия деформации устройства поглощается за счет внутреннего трения вязкой жидкости в виде тепла. Повышение температуры вязкой жидкости 2 создает тепловой поток, проходящий через нижний теплопроводный слой 3 эластичного элемента и термоэлектрические преобразователи 5 на холодное основание 6 (например, земля, песок, бетон и т.д.). При этом термоэлектрические преобразователи (например, элементы Пельтье) вырабатывают электрический ток. Для предотвращения повреждений термоэлектрических преобразователей при механическом воздействии, таком как нажатие на устройство ногой, предусмотрен сепаратор 4. Он изготовлен из материала выдерживающего механическую нагрузку без повреждения преобразователей и представляет собой сплошную сетку с ребрами жесткости, охватывающую преобразователи. Для увеличения генерирования электроэнергии термоэлектрические преобразователи электрически соединены между собой. Дополнительно в конструкцию энергогенерирующего устройства могут входить различные преобразователи, изменяющие величину напряжения или форму тока (постоянный, переменный).
В качестве жидкости можно использовать любую нетоксичную, малогорючую, гипоаллергенную и взрывобезопасную вязкую жидкость (например, кремнийорганическое масло ПМС-60000) стабильную в широком диапазоне температур. Верхний слой эластичного элемента – верхняя эластомерная поверхность 1 может выполняться из эластомеров с различной теплопроводностью. Чем выше теплопроводность верхнего слоя, тем большая часть сгенерированного тепла будет рассеиваться в окружающем пространстве. Это создаст эффект теплых полов и может использоваться для обогрева помещений, в которых уложено энергогенерирующее устройство. И наоборот, такое устройство может напрямую нагреваться от воздействия солнечных лучей при установке на улицах. И создавать электрический ток не только за счет движения пешеходов, но и за счет солнечной радиации. Все сгенерированное тепло будет расходоваться для преобразования электрической энергии. Таким образом, регулируя теплопроводность верхнего слоя устройства можно управлять соотношением вырабатываемой тепловой и электрической энергией.
Пример реализации. Изготовили энергогенерирующее устройство в виде плитки размером 30 на 30 см2 с полиуретановым эластичным элементом с внутренней полостью объемом 392 см3, которую заполнили полиметилсилоксановой жидкостью ПМС-10000. Эластичный элемент уложен на сепаратор в виде полимерной решетки с ячейками размером 40 на 40 мм2. Материал сепаратора пластик ПЛА с толщиной ребра 5 мм. Общая высота устройства составила 15 мм. В качестве термоэлектрических преобразователей использовали элементы Пельтье TEC1-12708. При многократном надавливании на поверхность устройства получали напряжение до 12 В.
В солнечный день была уложена плитка на землю. Под воздействием солнечной радиации поверхность плитки прогрелась до 30 °C, что привело к генерации напряжения до 12 В.
В заключение следует отметить преимущества энергогенерирующего устройства по сравнению с прототипом. Во-первых, упрощение конструкции, обусловленное уменьшением толщины энергогенерирующего устройства. Это влияет на легкость укладки и обеспечит уменьшение затрат на производство. Во-вторых, возможность генерации как электрической, так и тепловой энергии за счет использования деформации вязкой жидкости, вызванной разогревом. Такой механизм позволит максимально эффективно использовать солнечную энергию.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Патент № US 2019/0238028 A1/ Craig Webster, Ben Gordon, Pub. Date: 01/08/2019.
Патент CN214007402U / Zhuhai Hengqin Lihao Building Materials Co ltd, Pub. Date: 20/08/2021.
Формула изобретения
1. Энергогенерирующее устройство, содержащее полый эластичный элемент с подвижной вязкой жидкостью внутри, отличающееся тем, что эластичный элемент выполнен из эластомерного материала, верхняя часть которого изготовлена из эластомера с пониженной теплопроводностью, а нижняя часть из эластомера с повышенной теплопроводностью, при этом нижняя часть соединена с одним или множеством термоэлектрических преобразователей, а каждый термоэлектрический преобразователь разделен сепаратором, изготовленным из устойчивого к механическим нагрузкам материала и представляющим собой сплошную сетку с ребрами жесткости.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что термоэлектрические преобразователи электрически соединены между собой.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно может быть оснащено различными преобразователями, изменяющими величину напряжения или форму тока.
Медаль Альфреда Нобеля