PL177114B1 - Sposób i urządzenie do regeneracji żródeł napięcia w postaci ogniw pierwotnych - Google Patents

Abstract

1. Sposób regeneracji zródel napiecia w postaci ogniw pierwotnych, w którym do regenerowanego pierwotnego zródla napiecia doprowadza sie okreso-- wo impulsy napieciowe, znamienny tym, ze w ciagu uprzednio okreslonego interwalu czasowego za pomo- ca pradu regeneracyjnego doprowadza sie z czestotli- woscia od 2 do 200 Hz impulsy o krótkim czasie narastania, o uprzednio ustawionej amplitudzie i o uprzednio ustawionym czasie trwania impulsu miesz- czacym sie w granicach 10-3s do 2 x 10-3s. 4. Urzadzenie do regeneracji zródel napiecia w postaci ogniw pierwotnych za pomoca zródla na- piecia stalego, znamienne tym, ze sygnal napiecia sta- lego (13) z niskoomowego zródla (23) napiecia stalego jest doprowadzony do ukladu przelaczajacego (14), do którego jest takze doprowadzony sygnal taktujacy z generatora zegarowego (15), a z wyjscia (16) ukladu przelaczajacego (14) ciag impulsów napieciowych (18) o stalej amplitudzie, o krótkim czasie narastania i o stalej dlugosci dostarczany jest, poprzez przelacz- nik (24), do jednego bieguna (19) regenerowanego pierwotnego zródla napiecia (11), przy czym do prze- lacznika (24) doprowadzony jest takze sygnal z czlonu czasowego (22), wyznaczajacy czas trwania procesu regeneracji. Fig. 1 PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do regeneracji źródeł napięcia w postaci ogniw pierwotnych.

Ogniwa pierwotne są używane w najróżniejszych aparatach i urządzeniach, służąc tam jako elektryczne źródła napięcia zasilające te urządzenia. Pierwotnymi źródłami napięcia tego rodzaju są przykładowo ogniwa manganowe, alkaliczne, cynkowo-węglowe lub inne. Wszystkie one charakteryzują się tym, że po określonym czasie mają już tak małe napięcie na swych zaciskach wyjściowych, że uniemożliwia to prawidłową pracę odbiornika, zgodnie z jego przeznaczeniem.

Wraz z malejącym napięciem wyjściowym, na skutek zmian elektrochemicznych wewnątrz takich ogniw pierwotnych, następuje zmiana ich rezystancji wewnętrznej. Na skutek tego również moc takiego ogniwa maleje wraz z napięciem nominalnym. Normalnie ogniwo pierwotne ma przykładowo w stanie początkowym bez obciążenia napięcie 1,5 V. Gdy jego napięcie zmaleje do około 1-1,2 V, traktowane jest jako zużyte.

Zwykle zużyte ogniwa są wyrzucane wraz z normalnymi odpadkami z gospodarstwa domowego lub z odpadkami przemysłowymi, co, ze względu na skład materiałowy i chemiczny części składowych takich ogniw, jest w wysokim stopniu niebezpieczne i szkodliwe dla środom 114 wiska. Często jednak tego rodzaju zużyte ogniwa zbierane są w specjalnych punktach zbiórki . i kierowane do kontrolowanego wykorzystywania ich części składowych. Części składowe ogniwa traktowanego jako zużyte, tzn. kiedy osiągnie ono dolną granicę napięcia 1-1,2 V, są jednak właściwie jeszcze całkowicie sprawne.

Zmiana napięcia ogniwa podczas eksploatacji, a co za tym idzie zmniejszenie możliwości dostarczania prądu, wynikają z reakcji przebiegających w jego wnętrzu w trakcie użytkowania ogniwa.

Podejmowano różne próby, by pierwotne źródła napięcia zużyte w opisanym powyżej sensie nadawały się znowu do pracy, tak aby mogły one jeszcze przez pewien czas dawać określoną moc. Znane sposoby mają jednak tę wadę, że nie umożliwiają rzeczywiście skutecznej regeneracji lub umożliwiają ją tylko w sposób bardzo niepełny.

Opis patentowy nr EP-A-0 047 187 ujawnia urządzenie do doładowania napięcia ogniw pierwotnych z wykorzystaniem nieodfiltrowanego wyprostowanego prądu przemiennego.

Z opisu patentowego nr EP-A-0 135 275 znane jest urządzenie do doładowania napięcia ogniw pierwotnych z wykorzystaniem gasnących drgań rezonansowych.

W opisie patentowym DE 36 06 991 zostało ujawnione rozwiązanie, w którym do ogniwa pierwotnego doprowadza się ze źródła prądu stałego jeden impuls prądu, powodujący nagromadzenie napięcia na zaciskach tego ogniwa. Następny kolejny pojedynczy impuls doprowadza się do ogniwa dopiero wtedy, gdy napięcie na zaciskach ogniwa zmaleje wraz z upływem czasu do wartości mniejszej niż nastawione napięcie odniesienia. Odstępy czasu między kolejnymi pojedynczymi impulsami doprowadzanymi do ogniwa rosną w miarę upływu czasu.

Zadaniem przedmiotowego wynalazku jest opracowanie takiego sposobu i urządzenia do regeneracji pierwotnych źródeł napięcia, które umożliwiałyby osiągnięcie przez zregenerowane źródło napięcia prawie takiej samej zdolności oddawania mocy jak w przypadku nie zużytych, jeszcze nie używanych pierwotnych źródeł napięcia. Sposób powinien być prosty i tani a urządzenie łatwe do wykonania, tak żeby mogło znaleźć szerokie zastosowanie przy niewielkich nakładach.

Sposób regeneracji źródeł napięcia w postaci ogniw pierwotnych, w którym do regenerowanego pierwotnego źródła napięcia doprowadza się okresowo impulsy napięciowe, według wynalazku jest charakterystyczny tym, że w ciągu uprzednio określonego interwału czasowego za pomocą prądu regeneracyjnego doprowadza się z częstotliwością od 2 do 200 Hz impulsy napięciowe o krótkim czasie narastania, o uprzednio ustawionej amplitudzie i o uprzednio ustawionym czasie trwania impulsu, mieszczącym się w granicach 10‘³s do 2 x 10‘³s.

Korzystnie, natężenie prądu regeneracji wynosi od 5 x 10'²A do 15 A, a ustawia się i/lub reguluje się je w zależności od rezystancji wewnętrznej regenerowanego pierwotnego źródła napięcia.

Urządzenie do regeneracji źródeł napięcia w postaci ogniw pierwotnych za pomocą źródła napięcia stałego, według wynalazku jest charakterystyczne tym, że sygnał napięcia stałego z niskoomowego źródła napięcia stałego jest doprowadzony do układu przełączającego, do którego jest także doprowadzony sygnał taktujący z generatora zegarowego. Z wyjścia układu przełączającego ciąg impulsów napięciowych o stałej amplitudzie, o krótkim czasie narastania i o stałej długości dostarczany jest, poprzez przełącznik, do jednego bieguna regenerowanego pierwotnego źródła napięcia. Przy tym do przełącznika doprowadzony jest także sygnał z członu czasowego, wyznaczający czas trwania procesu regeneracji.

Korzystnie, układ przełączający ma obwód do regulacji natężenia prądu regeneracji, a charakterystyka regulacji obwodu regulacyjnego jest dostosowana do rezystancji wewnętrznej źródła napięcia, zmieniającej się w zależności od stopnia regeneracji. Czas regeneracji pierwotnego źródła napięcia jest ustawiany za pomocą członu czasowego.

Zaletą sposobu według wynalazku jest to, że pierwotne źródła napięcia po regeneracji rzeczywiście osiągają w przybliżeniu taką samą zdolność oddawanie mocy, jaką miały wtedy gdy były jeszcze nieużywane. Sposób według wynalazku ma ponadto tę zaletę, że umożliwia wielokrotne regenerowanie pierwotnych źródeł napięcia po wielokrotnym rozładowaniu. Przy tym po każdej regeneracji osiągana jest z powrotem w przybliżeniu pierwotna moc.

17*7114

Sposób według wynalazku oprócz oszczędności surowców także korzystnie zmniejsza ilość odpadów. Pierwotne źródło napięcia wyrzucane będzie dopiero po wielokrotnej regeneracji, kiedy rzeczywiście zaobserwuje się wewnętrzne, nienaprawialne jego zniszczenie.

Zaletą urządzenia według wynalazku jest to, że można je zbudować w prosty sposób z zasadniczo tanich części. Nie wymaga ono wielkich nakładów, a więc nadaje się do masowej eksploatacji, zarówno do celów prywatnych jak i przemysłowych. Urządzenie pobiera energię potrzebną do swej pracy zgodnej z przeznaczeniem z ogólnie dostępnej sieci energetycznej. Nie wymaga żadnych kosztownych układów dopasowania elektrycznego, wystarczą dostępne w handlu przetworniki napięcia i/lub zasilacze.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do regeneracji źródeł napięcia w postaci ogniw pierwotnych, w schemacie blokowym, fig. 2 - urządzenie z fig. 1, w szczegółowym schemacie elektrycznym, fig. 3 przebieg napięcia pierwotnego źródła napięcia w funkcji czasu przy obciążeniu 6 Ω odpowiadającym 250 mA, przy czym krzywa A odnosi się do nie używanego źródła napięcia, krzywa B odnosi się do źródła napięcia po pierwszej regeneracji, a krzywa C odnosi się do źródła napięcia po drugiej regeneracji, zaś fig. 4 przedstawia obudowę urządzenia przeznaczonego do regenerowania wielu pierwotnych źródeł napięcia, w widoku z góry.

Przedstawione na fig. 1 urządzenie 10 do regeneracji źródeł napięcia zawiera niskoomowe źródło 23 napięcia stałego, którym może być przykładowo znormalizowany zasilacz dołączony od strony wejścia do dowolnego odpowiednio dobranego źródła napięcia z sieci prądu przemiennego. Źródło 23 napięcia stałego dostarcza w znany sposób sygnał napięcia stałego 13 na wejście 17 układu przełączającego 14. Do układu przełączającego 14 dołączony jest bezpośrednio generator zegarowy 15, który powoduje, że układ przełączający 14 po stronie wyjściowej 16 wysyła ciąg 18 impulsów napięciowych. W urządzeniu ustawiającym 21, współpracującym z urządzeniem przełączającym 14 jest ustawiana długość impulsu. Długość połowy okresu ciągu impulsów 18 wynosi przykładowo od 10³s do 2 x 10³s: W urządzeniu ustawiającym 21 mogą być również umieszczone człony nastawcze lub regulacyjne, za pomocą których natężenie prądu regeneracji będzie ustawiane w zakresie od 5 x 10'² A do 15 A.

Za pomocą generatora zegarowego 15 częstotliwość impulsów napięciowych ciągu 18 impulsów jest ustawiana lub regulowana w zakresie od 2 do 200 Hz.

Impulsy napięciowe 18 występujące na wyjściu 16 taktowanego układu przełączającego 14 są podawane na biegun 19 regenerowanego źródła napięcia 11 poprzez wyłącznik 24 sterowany członem czasowym 22. Drugi biegun 20 regenerowanego źródła napięcia 11 jest połączony z drugim biegunem źródła 23 napięcia stałego, w tym przypadku z masą. W członie czasowym 22 jest nastawiany czas trwania procesu regeneracji. To znaczy oddziaływanie ciągiem 18 impulsów napięciowych na regenerowane źródło napięcia 11 odbywa się w określonym (ustawionym) czasie. Po upływie tego czasu następuje rozwarcie wyłącznika 24, który był uprzednio zwarty na skutek naciśnięcia przycisku 31. Automatycznie następuje więc przerwanie doprowadzania ciągu 18 impulsów napięciowych do regenerowanego źródła napięcia 11, a więc zakończenie procesu regeneracji.

Należy zwrócić uwagę na to, że w urządzeniu 10 jest możliwość ustawienia stałej wartości natężenia prądu regeneracji w zależności od rezystancji wewnętrznej regenerowanego źródła napięcia 11 (ładowanie stałym prądem lub regeneracja). W razie potrzeby istnieje również możliwość regulacji samoczynnego ustawiania się natężenia prądu w zależności od zmieniającej się rezystancji wewnętrznej regenerowanego źródła napięcia 11 podczas procesu regeneracji, przy uprzednio określonych impulsach napięciowych o stałej, uprzednio ustalonej amplitudzie.

Na figurze 2 pokazano szczegółowy schemat elektryczny przykładu wykonania urządzenia według wynalazku.

Urządzenie to jest zasilane z normalnej sieci zasilającej przez transformator 25. Z jednym biegunem uzwojenia wtórnego transformatora 25 połączone są dwa kondensatory 26, a z drugim biegunem dwie diody 30, co razem tworzy pracujący w znany sposób układ prostownikowego podwajacza napięcia. Stanowi on niskoomowe źródło napięcia stałego zasilające dalsze stopnie urządzenia 10.

m 114

Wytwarzanie i kształtowanie stromych impulsów potrzebnych dla skutecznej regeneracji pierwotnego źródła napięcia 11 następuje w generatorze zegarowym lub w generatorze impulsów 15. Pracuje on jako asymetryczny multiwibrator z tranzystorami 27 i 28 i wytwarza oraz kształtuje potrzebne impulsy o częstotliwości 2 - 5 Hz. Impulsy te są następnie przez dalsze obwody kształtujące wzmacniane i podawane na układ przełączający 14. Następnie impulsy napięciowe są podawane na tę część urządzenia, w której można umieścić źródła napięcia 11 przeznaczone do regeneracji. Dla ochrony urządzenia 10 i umieszczonych w nim źródeł napięcia 11 urządzenie 10 może posiadać tzw. automatykę odłączania 29. Ogranicza ona proces regeneracji lub szybkiego ładowania do określonego czasu, przykładowo maksimum do 25 minut. W razie potrzeby proces regeneracji lub szybkiego ładowania można wznowić przez ponowne naciśnięcie przycisku 31.

Figura 3 przedstawia przebieg napięcia wyjściowego pierwotnego źródła napięcia 11 w funkcji czasu po rozładowaniu go przez rezystancję obciążenia 6 Ω, co odpowiada natężeniu prądu około 250 mA. Po około 12 godzinach napięcie źródła napięcia 11 zmalało z 1,5 V do 1,2 V. Natężenie prądu 250 mA odpowiada w przybliżeniu poborowi prądu żarówki stosowanej zwykle w latarkach kieszonkowych. Pierwsze rozładowanie źródła napięcia 11 przedstawia krzywa A na fig. 3. Chodzi przy tym o nie używane, nowe źródło napięcia 11.

Po jednorazowej regeneracji przez czas około 20 minut źródło napięcia zregenerowano sposobem według wynalazku, w urządzeniu 10 według wynalazku. Ma ono znowu napięcie nominalne około 1,5 V. Późniejsze obciążenie zregenerowanego źródła napięcia 11, przy zachowaniu przepisowych parametrów obciążenia, po 12 godzinach przedstawia krzywa B, która w przybliżeniu odpowiada pierwotnej krzywej obciążenia A. Ponowna regeneracja, sposobem według wynalazku, w urządzeniu 10 według wynalazku, przez czas 20 minut daje znowu nominalne napięcie około 1,5 V. Przy zachowaniu przepisowych parametrów obciążenia otrzymujemy krzywą C, która tylko nieznacznie różni się od krzywych A i B.

Badania wykazały, że dostępne w handlu pierwotne źródła napięcia dobrej jakości mogą być przynajmniej 10-krotnie regenerowane w opisany sposób, bez znacznego zmniejszenia mocy.

Sposób według wynalazku umożliwia to, że skutki działania reakcji chemicznych lub elektrochemicznych zachodzących wewnątrz pierwotnego źródła napięcia 11 mogą być odwrócone. Normalna reakcja elektrochemiczna przy dołączonym odbiorniku elektrycznym powoduje powstanie na elektrodach osadów działających izolująco. Za pomocą sposobu i urządzenia 10 według wynalazku, elektrody zostają uwolnione od izolujących osadów, tak że uzyskuje się odtworzenie ich poprzedniej mocy lub ich poprzedniej pojemności.

Figura 4 przedstawia przykładową obudowę urządzenia 10 służącego do umieszczenia wielu źródeł napięcia 11 przeznaczonych do regeneracji. Można umieszczać w nim różne źródła napięcia 11 i regenerować je oddzielnie lub równocześnie.

Należy jeszcze zwrócić uwagę na to, że sposób według wynalazku i urządzenie 10 według wynalazku nadają się nie tylko do regeneracji pierwotnych źródeł napięcia 11, lecz również do szczególnie szybkiego ładowania wtórnych źródeł napięcia, to znaczy różnego rodzaju akumulatorów. Nie odchodzi się przy tym od zasady regenerowania lub ładowania, według wynalazku, za pomocą impulsów napięciowych przez określony czas i przy określonej szerokości impulsów, amplitudzie i częstotliwości. Sposób i urządzenie według wynalazku okazały się bardzo skuteczne i odpowiednie również w przypadku ładowania wtórnych źródeł napięcia.

177 114

Fig (

v~ t, J

-1S _λ24 < o©_

Jinn.

( ____I '22

P

K

Fig. 2

Fig. 4

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób regeneracji źródeł napięcia w postaci ogniw pierwotnych, w którym do regenerowanego pierwotnego źródła napięcia doprowadza się okresowo impulsy napięciowe, znamienny tym, że w ciągu uprzednio określonego interwału czasowego za pomocą prądu regeneracyjnego doprowadza się z częstotliwością od 2 do 200 Hz impulsy o krótkim czasie narastania, o uprzednio ustawionej amplitudzie i o uprzednio ustawionym czasie trwania impulsu mieszczącym się w granicach 10'³s do 2 x 10s.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że natężenie prądu regeneracji wynosi od 5 x 10'²A do 15 A.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że natężenie prądu regeneracji ustawia się i/lub reguluje się w zależności od rezystancji wewnętrznej regenerowanego pierwotnego źródła napięcia.
4. 4. Urządzenie do regeneracji źródeł napięcia w postaci ogniw pierwotnych za pomocą źródła napięcia stałego, znamienne tym, że sygnał napięcia stałego (13) z niskoomowego źródła (23) napięcia stałego jest doprowadzony do układu przełączającego (14), do którego jest także doprowadzony sygnał taktujący z generatora zegarowego (15), a z wyjścia (16) układu przełączającego (14) ciąg impulsów napięciowych (18) o stałej amplitudzie, o krótkim czasie narastania i o stałej długości dostarczany jest, poprzez przełącznik (24), do jednego bieguna (19) regenerowanego pierwotnego źródła napięcia (11), przy czym do przełącznika (24) doprowadzony jest także sygnał z członu czasowego (22), wyznaczający czas trwania procesu regeneracji.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że układ przełączający (14) ma obwód do regulacji natężenia prądu regeneracji.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że charakterystyka regulacji obwodu regulacyjnego jest dostosowana do rezystancji wewnętrznej pierwotnego źródła napięcia (11), zmieniającej się w zależności od stopnia regeneracji.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 4 albo 5 albo 6, znamienne tym, że czas regeneracji pierwotnego źródła napięcia (11) jest ustawiony za pomocą członu czasowego (22).