RS70404A

RS70404A - Električno kolo sa spoljnim potencijalom

Info

Publication number: RS70404A
Application number: YUP-704/04A
Authority: RS
Inventors: Miroslav Cvetković
Original assignee: Miroslav Cvetković
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2008-04-04

Abstract

Ako bi se napon jednog spoljnjeg električnog izvora potenciometaski koristio samo za stvaranje veće razlike potencijala u nekom strujnom kolu, dobila bi se veća el. struja odnosno veća električna energija u tom strujnom kolu. Kada kroz izvor električnog potencijala praktično ne prolazi električna struja, strujno kolo svoju dodatnu energiju crpe iz svoje sredine, a praktično ne troši energiju izvora svog električnog potencijala. Na taj način se i toplotna energija nekog dodatnog toplotnog izvora ili okoline provodnika pretvara u električnu energiju (termoelektričnog generatora ili potrošača), koja se dalje može koristiti u privredi sa većim stepenom iskorišćenja.

Description

Električno kolo sa spoljnim potencijalom

a) Oblast tehnike na koju se pronalazak odnosi

Na oblast elektrotehnike, na primenu spoljnjeg (potenciometarski postavljenog)

električnog potencijaja za usmereno kretanje elektrona (odnosno električne struje) u provodnicima električnog kola.

b) Tehnički problem

Kretanje elektrona u električnom kolu se obavlja na račun izvora električne energije

tj. razlike potencijala, koju izvor stvara. Metali (napr.bakar) imaju oko 10 28 elektrona/m 3 , a dopingovani poluprovodnici (koji se koriste za tr^zistore i za termoparove) i više od milion (IO<6>do 10<10>) puta manje. Pri svem tom napr. termoparovi od metala imaju i nekoliko stotina puta manju termoelektromotornu silu(TEMS) tj.napon od poluprovodnika. Problem je da se ovaj višak elektrona kod metala u odnosu na poluprovodnike iskoristi za dobijanje veće električne struje tj. energije u metalima.

c) Stanje tehnike

Za direktno dobijanje el. energije iz nekog izvora toplote se koriste termoparovi, ili

se to obavlja preko loto efekta. I u jednom i u drugom slučaju je koeficijent korisnog dejstva mali (14 do 20 %), a kod metalnih temoparova i manji od 1 %. Zbog toga se i ne koriste komercijalno (na zemljinoj površini se samo poluprovodnički termoparovi koriste i to samo za solarnu energiju), osim kod satelita, gde koriste čisto sunčevo zračenja (bez prašine i vodene pare) i temperaturu oko apsolutne nule (na spojevima u senci), pa je koeficijent korisnog dejstva znatno veći. 1 kroz topli i kroz hladni spoj termoparova prolazi isti broj elektrona, samo su na toplom kraju brzine elektrona veće. Ova razlika u brzinama elektrona je višak energije koji stvara termoelektromotornu silu, koja karakteriše termoparove tj. Zebekov (Seebeck) efekat. Da bi se dobila veća termoelektromotorna sila (TEMS) za tzv, termoelektrične generatore se koriste poluprovodni termoparovi umesto metalnih. Metalni termoparovi se koriste samo za merenja temperatura. Kada se kroz strujno kolo sa termoparovima propusti el. struja,

tada se jedan spoj termparova hladi, a drugi se greje, a to je Peltijeov (Peltier) efekat Peltijeov efekat se ponekad koristi kod rashladnih uređaja umesto rashladnih kompresora. Posebno korišćenje Tomsonovog (Thompson) efekta u privredi ili nauci mi nije poznato.

d) Izlaganje suštine pronalaska

Poznato je da elektromotorna sila tj. napon izvora električne energije (razlika

potencijala) stvara električnu struju kroz strujno kolo po Omovom (Ohm) zakonu. Električna struja se stvara na račun izvora el. napona tj. njegove energije.

Ako bi se u strujnom kolu stvorila razlika potencijala, pomoću napona koji je potpuno ili skoro potpuno van strujnog kola, pomenuta razlika potencijala bi stvorila usmereno kretanje elektrona tj. el. struju u strujnom kolu, ali ne na račun izvora električnog napona odn. potencijalne razlike. El. struja bi svoju energiju crpla iz toplote okoline električnog strujnog kruga. Ta pojava je već poznata kao Peltijeov efekat kod termoparova, kada prolaz struje kroz el. kolo jedan spoj termoparova hladi a drugi zagreva, ili Tompsonov efekat, kada se homogeni metalni provodnik zagreva ili hladi u zavisnosti od smera struje i gradijenta temperature u provodniku.

Na si. 1 je predstavljeno jedno strujno kolo sa potencijalnom razlikom, van strujnog kola a primenjenom na strujno kolo. Strujno kolo bi bilo od metala (napr. od bakra). Pošto se potencijalna razlika ne smanjuje sa prolaskom struje i praktično je nezavisna od prolaska struje, može se dobiti daleko veća snaga u strujnom kolu, na račun toplote koju provodnik uzima iz svoje okoline. To bi bio jedan od načina da se energija jednog toplotnog izvora pretvori u električnu energiju.Da li će se tada koristiti poluprovodnici umesto metala, ili njihova kombinacija, mora se eksperimentalno proveriti, mada je cilj pronalaska da se za dobijanje električne enrgije koriste mnogobrojniji elektroni u metalnim provodnicima.

Da se izvor el. eriergije ne bi trošio, već samo koristila potencijalna

razlika koju ima el izvor, el. izvor se stavlja van električnog kola, tako da kroz izvor električnog potencijala ne protiče el. struja, ili protiče u minimalnoj meri (nA). To se postiže vezivanjem na red sa izvorom električnog potencijala nekog otpornika reda veličine više Mfi ili čak i GQ. Potencijalnom razlikom izazvano kretanje elektrona u

metalnom (recimo bakarnom) otporniku izaziva hlađenje otpornika ako struja ima isti smer kao gradijent temperature, a zagrevanje ako struja ide nasuprot gradijentu temperature preko PeJtijeovog i Tomsonovog efekta. Kod gvožđa je obrnuto.

Tumačenje je da zagrejani spoj dva različita termoelektrična materijala daje isti broj elektrona samo većih brzina od hladnog spoja, i daje rezultat tih većih brzina pojava termoelektromotorne sile ili Zebekov efekat. Jedan termoelektrični materijal na toplom spoju daje više elektrona nego drugi materijal na istom spoju i taj višak elektrona sa svojim većim brzinama (većom energijom) stvara istu električnu struju kroz oba spoja termoparova. Primenom spoljne potencijalne razlike na jedan materijal, dobilo bi se isto kretanje elektrona ili kruženje elekrične struje u električnom kolu bez korišćenja razlike temperatura, pošto već postoji potencijalna razlika dovedena spolja, umesto da potencijalnu razliku stvara Zebekov efekat. Povećanje brzina i broja elektrona u strujnom kolu se obavlja povećanjem spolja dovedene potencijalne razlike.

e) Kratak opis slika nacrta

51.1 - Predstavlja električnu šemu strujnog kola u kome se spolja dovodi potencijalna

razlika - navedene veličine su samo ilustracija.

E-Napon baterije za potencijalnu razliku

R - Metalni otpornik koji zatvara strujno kolo potrošača

P - Otpornik potrošača kome se dovodi potencijalna razlika

Rg- Otpornik za maksimalno smanjenje struje kroz bateriju

I' - Struja kroz bateriju

I - Struja kroz otpornike R i P

D - Dioda

51.2 - Predstavlja modifikovanu električnu šemu strujnog kola u kome se spolja dovodi potencijalna razlika-kao potrošač je motor jednosmerne struje M.

51.3 - Predstavlja modifikovanu električnu šemu strujnog kola sa termoelektričnim generatorom (TEG) tj. baterijom termoparova sastavljenom od niza termoparova vezanih

na red (u diferencijalnom spoju), kojoj se spolja dovodi potencijalna razlika E' - Napon baterije termoparova (TEG)

Ostale oznake su iste kao na si. 1 i 2

SI.4 - Predstavlja varijantu sa si. 1 sa diodom D umesto otpornika R i diode D, koja dioda D zatvara strujno kolo potrošača P.

f) Detaljan opis pronalaska

Zatvoreno strujno kolo koje čine metalni potrošač P i otpornik R sa diodom D, dobija

potenciometarski potencijaJnu razliku E iz drugog strujnog kola. Količina električne energije zavisi od napona E (si. 1) tj. potenciometarski priključene potencijalne razlike i temperature okoline provodnika, koja služi za stvaranje el. energije kod elektrona (Tomsonov ili Peltijeov efekat) i el. otpora otpornika R i P (Omov zakon). Otpornik Rg služi da bi smanjio el. struju kroz el. bateriju E na minimalnu vrednost, ali da ipak prenese potencialnu razliku E na otpornk P, motor M, ili TEG. Ova potencijalna razlika E stvara el. struju kroz potrošač P, čije se strujno kolo zatvara preko otpornika R i diode D (si. 1), ili samo diode D (si.4). Dioda D poništava struju koju stvara potencijalna razlka E u otporniku R i koja bi tekla nasuprot struji stvorenoj u potrošaču P. Struja koja potiče od samog strujnog izvora E koja prolazi kroz potrošač P je sad vrlo mala zbog velikog otpornika Rg (u G£T) kod strujnog izvora E. Tako dobijena potencijalna razlika E stvara zatvoreno strujno kolo sa znatno većom strujom kroz otpornike R i P. Na si 2 je umesto potrošača P dat el. motor jednosmerne struje M, koji se pokreće spoljnom potencijalnom razlikom E i strujom iz bakarnih navoja motora, ili preko posebno grejanog bakarnog voda. Motor jednosmerne struje M može da pokreće i generator naizmenične struje mrežne frekvencije i da tako stvorenu el. energiju predaje korisnicima u el. mreži. Na si. 3 je umesto otpornika R (sl.l) dat TEG sa termoparovima čiju TEMS, koja iznosi E'i, koju uveliko prevazilazi spoljna potencijalna razlika E i tako povećava el. snagu kroz potrošač P preko Peltijeovog efekta.

Ovde se posredno stvara el. energija od nekog toplotnog izvora. Spolja dodatom razlikom potencijla višestruko se povećava el. struja tj. snaga, koja protiče kroz potrošače na račun toplotnog izvora.

Osim potencijalne razlike koju stvaraju elektrohemiske baterije, mogu se za stvaranje potencijalne razlike koristiti i mrežni izvori ispravljene naizmenične struje, koji bi bili u fazi sa strujom koju treba da pojačavaju, relativno visokog napona sa velikom otpornicima vezanim na red, kako ne bi trošili mnogo el. energije na stvaranje relativno velike potencijalne razlike, koji bi tako znatno povećavali efikasnost (koeficijent korisnog dejstva) generatora električne energije.

Nešto slično se koristi i kod tranzistora, kada se pomoću spoljnje potencijalne razlike povećava Fermijev (Fermi) nivo ka provodnoj traci poluprovodnika, a time i električna struja kroz tranzistor. Povećanje električne struje se tada obavlja na račun izvora potencijalne razlike tj. njegove električne energije.

g. Način industrijske i druge primene pronalaska

Primena spoljnje potencijalne razlike za povećanje električne struje i električne energije električnog kola za dopunsku proizvodnju ili korišćenje električne energije preko dodatnog utroška raspoložive toplote njegove okoline ili dopunskih izvora toplote a i preko Peltijeovog ili Tomsonovog efekta omogućuje veću proizvodnju ili bolje korišćenje električne energije. Time se dobijaju i njihovi veći koeficijenti korisnog dejstva. Pored razlike temperatura između dva spoja termoparova TEG, veća spoljna potencijalna razlika (pored potencijalne razlike eventualno stvorene Zemanovim efektom) stvara veće kretanje elektrona tj el. struju kroz generator ili potrošač.

Claims

Patentni zahtev 1

Električno kolo (si. 1) sa spolja (potenciometarski) priključenim izvorom potencijalne razlike, naznačeno time, daje u kolu izvora potencijalne razlike E (si. 1,2,3,4) uključen vrlo veliki električni otpornik Rg(reda Mfž ili G£T), tako da su struja i utrošak električne energije izvora električne potencijalne razlike zanemarljivi, a koje u električnom kolu na koje je potenciometarski priključeno (si. 1) stvara potencijalnu razliku koja uvećava brzinu i broj pokrenutih elektrona tj. električnu struju a time i električnu energiju provodnika, na račun toplotne energije okoline provodnika ili energije dopunskog izvora toplote, gde potencijalna razlika E stvara električnu struju kroz otpor potrošača P čije se strujno kolo zatvara preko otpornika R i diode D (si .1), ili samo diode D (sl.4), a otpor diode D (si. 1, 4) sprečava struju u suprotnom smeru kroz otpornik R i diodu D (si. 1) ili samo diodu D (sl.4), koju bi stvarala ova potenciometarski dovedena spoljna potencijalna razlika E.

Patentni zahtev 2

Električno kolo (si.2) prema zahtevu 1, naznačeno time da se umesto potrošača P koristi elektromotor M jednosmerne struje (sl.2), koji može dalje da služi i za pokretanje generatora naizmenične struje mrežne frekvencije za napajanje električne mreže električnom energijom.

Patentni zahtev 3

Električno kolo prema zahtevima 1 i 2, naznačeno time, da se umesto otpornika R (si. 1) stavlja termoelektrični generator (TEG) električne energije (si.3) od redno vezanih termoparova (u tzv. diferencijalnom spoju) sa toplim i hladnim spojevima, ukupne elektromotorne sile E', sa spolja (potenciometarski) priključenim izvorom potencijalne razlike E (sl.3), koja je veća od E'.