Накопление и преобразование энергии - RU2783405C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к накоплению и преобразованию энергии, в частности к преобразованию кинетической или потенциальной энергии текучей среды, например газа, в электрическую энергию.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Большинство решений для накопления энергии в масштабе портативных устройств предусматривают накопление энергии в химической форме в аккумуляторе или топливном элементе с целью преобразования накопленной энергии в электрическую энергию в тот момент, когда это необходимо. Большое количество исследований, проводимых в настоящее время, посвящено разработке и усовершенствованию аккумуляторов и топливных элементов с целью решить такие проблемы, как ограниченный срок службы аккумуляторов и безопасность использования топливных элементов.

Также известно накопление энергии в форме потенциальной энергии (давления) газа или жидкости. Например, известно использование электричества в течение времени малого энергопотребления для перекачки воды в сторону повышенного потенциала и для того, чтобы позволить перекачиваемой воде проходить через электрогенераторную турбину в течение времени высокого энергопотребления. Аналогично, также известно накопление энергии в газе при постоянном давлении (например, накопление энергии под водой) или при постоянном объеме (например, накопление энергии под землей). Однако такие формы накопления энергии требуют крупномасштабных установок и сложных устройств, в том числе турбины и электрические машины, для преобразования накапливаемой энергии в электрическую энергию.

Существует постоянная потребность в усовершенствованных или альтернативных формах накопления энергии, в частности, но не исключительно, в масштабе портативных устройств, например, так, что они могут быть установлены в электрическом транспортном средстве.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В первом аспекте устройство для преобразования энергии текучей среды в электрическую энергию содержит проточную камеру, имеющую впускное отверстие для текучей среды и выпускное отверстие для текучей среды. Пара электродов накопления заряда расположены друг напротив друга вдоль направления накапливания заряда и помещены внутрь проточной камеры. Генератор электрического поля выполнен с возможностью порождать электрическое поле в проточной камере вдоль направления поля для разделения заряженных частиц в текучей среде. Путь потока текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием имеет направление потока с составляющей вдоль направления накапливания заряда и составляющей вдоль направления поля.

Первые из положительно и отрицательно заряженных частиц, разделенных электрическим полем, смещаются электрическим полем с обеспечением их перемещения в целом в том же направлении, что и поток текучей среды, в результате разделения зарядов, а вторые из положительно и отрицательно заряженных частиц смещаются электрическим полем с обеспечением их перемещения в целом в направлении, противоположном направлению потока текучей среды (т.е. приводя к положительному и отрицательному скалярному произведению направлений поля, индуцированного движением, и направления потока соответственно). Поскольку поток может по-разному влиять на заряженные частицы, между накапливающими электродами возникает дополнительное разделение зарядов в дополнение к разделению, вызванному электрическим полем, что приводит к преобразованию кинетической энергии потока текучей среды (возникающей, например, из потенциальной энергии давления в сосуде с текучей средой, находящейся под давлением) в электрическую энергию, которая может рассеиваться в нагрузке. В случае ионизированного газа или других текучих сред, которые имеют различную подвижность заряженных частиц, поток текучей среды может оказывать большее влияние на один вид заряженных частиц (например, ионы газа), чем на другой (например, электроны). В результате частицы, более восприимчивые к потоку, могут преимущественно покидать проточную камеру через выпускное отверстие, в то время как другие частицы могут преимущественно захватываться соответствующим электродом захвата, таким образом увеличивая разность потенциалов между электродами захвата и обеспечивая электрическую энергию, вызванную избыточным зарядом.

Следует понимать, что в этом раскрытии описаны методики использования, которые представлены с целью иллюстрации, а не с целью ограничения объема настоящего раскрытия.

В некоторых вариантах реализации направления поля и потока, а также направления накопления заряда и потока могут быть по существу параллельными. Это может обеспечить преимущество, заключающееся в максимизировании влияния потока текучей среды, несмотря на то, что данный эффект будет продолжаться до тех пор, пока имеет место быть ненулевое скалярное произведение направления потока и поля и/или направления накопления заряда. В некоторых вариантах реализации угол между направлениями поля и потока и/или угол между направлениями накопления заряда и потока может составлять от -n до n градусов или от 180-n до 180+n градусов, где значение n менее 45 градусов, например менее 30, 20 или 10 градусов. В некоторых вариантах реализации значение n может составлять менее 5 градусов. В некоторых вариантах реализации направления поля и накопления заряда могут быть по существу параллельными. В некоторых вариантах реализации путь потока проходит через один или оба электрода накопления заряда. Например, электроды накопления заряда могут представлять собой сетчатые электроды. Электроды накопления заряда могут быть центрированы на оси, совпадающей по меньшей мере с частью пути потока.

Во втором аспекте устройство для преобразования энергии текучей среды в электрическую энергию содержит сосуд высокого давления, имеющий впускное отверстие для текучей среды. Пара электродов накопления заряда расположены друг напротив друга вдоль направления накапливания заряда и помещены внутрь проточной камеры. Генератор электрического поля выполнен с возможностью порождать электрическое поле в проточной камере вдоль направления поля для разделения заряженных частиц в текучей среде. Аналогично первому аспекту, в этом аспекте происходит преобразование кинетической энергии (в форме случайного перемещения частиц в текучей среде под давлением) в электрическую энергию.

В некоторых вариантах реализации сосуд высокого давления может иметь выпускное отверстие, выполненное с возможностью ограничения потока через указанное выпускное отверстие до менее 0,1 мл/мин для давления 10 бар, приложенного к этому впускному отверстию, например, инертного газа, такого как неон.

В некоторых вариантах реализации любого из приведенных выше аспектов устройство может содержать источник электромагнитного излучения, например, источник УФ-излучения, для облучения текучей среды под давлением, и/или накапливающих электродов внутри сосуда высокого давления. Источник электромагнитного излучения может быть выполнен с возможностью генерирования электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 120 нм до 820 нм. На практике используемые длины волн могут зависеть от материала накапливающих электродов, например, для вольфрамовых электродов могут составлять приблизительно 275 нм или находиться в диапазоне от 120 нм до 275 нм включительно.

В некоторых вариантах реализации любого из приведенных выше аспектов устройство может содержать приспособление задержки тока для задержки протекания тока от накапливающего электрода до тех пор, пока на указанном накапливающем электроде не накопится количество заряда. Приспособление задержки тока может содержать дополнительный сосуд высокого давления, уплотненный вокруг части накапливающего электрода, выступающей от указанного сосуда, и дополнительный электрод, расположенный в указанном дополнительном сосуде высокого давления, причем соответствующие свободные концы накапливающего электрода и дополнительного электрода между собой задают искровой промежуток. Приспособление задержки тока также может содержать таймерный переключатель, реле с переключением за счет изменения тока или напряжения, диод или т.п.

В третьем аспекте путь потока может представлять собой любой подходящий путь потока вместо описанного выше, а устройство содержит

• источник электромагнитного излучения для облучения текучей среды под давлением, и/или накапливающих электродов внутри сосуда высокого давления, причем, предпочтительно, источник электромагнитного излучения выполнен с возможностью генерирования электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 120 нм до 820 нм; и/или

• приспособление задержки тока для задержки протекания тока от накапливающего электрода до тех пор, пока на указанном накапливающем электроде не накопится количество заряда, причем, предпочтительно, приспособление задержки тока содержит дополнительный сосуд высокого давления, уплотненный вокруг части накапливающего электрода, выступающей от указанного сосуда, и дополнительный электрод, расположенный в указанном дополнительном сосуде высокого давления, а соответствующие свободные концы накапливающего электрода и дополнительного электрода между собой задают искровой промежуток.

В некоторых вариантах реализации любого из приведенных выше аспектов электрическое поле представляет собой ионизирующее электрическое поле для ионизации текучей среды. Текучая среда может представлять собой газ, как например воздух, аргон или неон, а ионизация текучей среды может включать генерирование плазмы и/или электрического разряда, например темного разряда или коронного разряда в проточной камере. В таких вариантах реализации одним из типов заряженных частиц являются электроны, вырванные из молекул газа, а другой тип заряженных частиц представляет собой результирующие положительно заряженные ионы газа. В частности, поток текучей среды может влиять на заряженные ионы в большей степени, чем на свободные электроны, в результате чего поток текучей среды избирательно уносит из проточной камеры больше заряженных ионов, нежели электронов, тем самым увеличивая разделение зарядов и, следовательно, электрический потенциал между накапливающими электродами. В других вариантах реализации текучая среда может представлять собой жидкость, например, с положительно и отрицательно заряженными ионами в растворе.

Генератор электрического поля может быть выполнен с возможностью генерирования постоянного электрического поля или изменяющегося по времени электрического поля, например импульсного электрического поля, напряженность которого изменяется по времени как последовательность импульсов. В некоторых вариантах реализации генератор электрического поля содержит пару электродов генерирования поля, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль направления поля и находящихся на обеих сторонах проточной камеры. В некоторых вариантах реализации электроды генерирования поля могут быть представлены электродами, генерирующими заряд. В других вариантах реализации электроды генерирования поля могут быть отделены от электродов накопления заряда, и могут быть электрически изолированы от проточной камеры.

Электроды генерирования поля могут приводиться в действие любым приемлемым источником напряжения, например, любым источником питания высокого напряжения (ВН), к примеру, имеющим в своем составе аккумулятор в качестве источника энергии. Приемлемый источник напряжения может дополнительно или в качестве альтернативы содержать конденсатор высокого напряжения. Источник напряжения может представлять собой импульсный источник напряжения для обеспечения генератора импульсного электрического поля, генерирующего последовательность импульсов электрического поля для разделения зарядов.

В некоторых вариантах реализации любого из приведенных выше аспектов в зависимости от обстоятельств вместо пары накапливающих электродов в проточной камере или сосуде высокого давления расположен один накапливающий электрод.

В четвертом аспекте способ преобразования энергии текучей среды в электрическую энергию включает обеспечение протекания текучей среды через проточную камеру вдоль направления потока. Текучая среда может находиться под давлением, и в связи с этим поток текучей среды может вызвать преобразование потенциальной энергии текучей среды под давлением в кинетическую энергию потока текучей среды. Электрическое поле прикладывается к текучей среде, протекающей в проточной камере. Электрическое поле имеет направление поля с составляющей вдоль направления потока. В результате положительно и отрицательно заряженные частицы текучей среды разделяются вдоль направления поля, причем одни из положительно и отрицательно заряженных частиц смещаются с обеспечением перемещения в направлении, имеющем составляющую в направлении потока, а другие из положительно и отрицательно заряженных частиц смещаются с обеспечением перемещения в направлении, имеющем составляющую в направлении, противоположном направлению потока. Все положительные и отрицательные частицы накапливаются в соответствующем токосъемнике, и ток подается из одного из токосъемников для подачи электрической энергии на нагрузку.

В некоторых вариантах реализации способ включает измерение величины, характеризующей энергию, рассеиваемую нагрузкой, и регулирование скорости потока текучей среды в зависимости от величины, характеризующей энергию, рассеиваемую нагрузкой. Дополнительно или альтернативно, способ может включать прием величины, характеризующей энергию, потребляемую нагрузкой, и регулировку скорости потока текучей среды в зависимости от указанной величины, характеризующей энергию, потребляемую нагрузкой.

В пятом аспекте способ преобразования энергии текучей среды в электрическую энергию включает обеспечение поддержания давления текучей среды в сосуде высокого давления. Электрическое поле прикладывается к текучей среде в сосуде высокого давления. В результате положительно и отрицательно заряженные частицы текучей среды разделяются вдоль направления поля. Все положительные и отрицательные частицы накапливаются в соответствующем токосъемнике, и ток подается из одного из токосъемников для подачи электрической энергии на нагрузку.

В некотором варианте реализации давление поддерживается в присутствии небольшого потока текучей среды из сосуда высокого давления со скоростью менее 0,1 мл/мин.

В некоторых вариантах реализации любого из приведенных выше аспектов, относящихся к способу, способ может включать облучение текучей среды, находящейся под давлением, и/или накапливающих электродов электромагнитным излучением, в то же время обеспечивая протекание указанной текучей среды, находящейся под давлением, предпочтительно, облучение текучей среды, находящейся под давлением, электромагнитным излучением в диапазоне длин волн от 120 нм до 820 нм. В некоторых вариантах реализации любого из приведенных выше аспектов, относящихся к способу, способ может включать задержку протекания тока от токосъемника или токосъемников до тех пор, пока на указанных токосъемниках не накопится количество заряда, причем, предпочтительно, задержка протекания тока включает задержку протекания тока до тех пор, пока в искровом промежутке между свободным концом указанного токосъемника или токосъемников, выступающим наружу от сосуда высокого давления, и соответствующим токоприемным электродом не возникнет искра. В некоторых вариантах реализации любого из приведенных выше аспектов, относящихся к способу, электрическое поле прикладывается посредством подачи импульсов электрического поля, например, подачи импульсов приложенного напряжения для получения форм волн импульсов для напряженности электрического поля.

В шестом аспекте в приведенных выше аспектах, относящихся к способу, может быть использована любой подходящий путь потока, а способ может включать один или оба из следующих этапов:

• облучение текучей среды, находящейся под давлением, электромагнитным излучением, в то же время обеспечивая протекание указанной текучей среды, находящейся под давлением, предпочтительно, облучение текучей среды, находящейся под давлением, и/или накапливающих электродов электромагнитным излучением в диапазоне длин волн от 120 нм до 820 нм.

• задержку протекания тока от токосъемника или токосъемников до тех пор, пока на указанных токосъемниках не накопится количество заряда, причем, предпочтительно, задержка протекания тока включает задержку протекания тока до тех пор, пока в искровом промежутке между свободным концом указанного токосъемника или токосъемников, выступающим наружу от сосуда высокого давления, и соответствующим токоприемным электродом не возникнет искра.

В некоторых вариантах реализации любого из приведенных выше аспектов, относящихся к способу, способ включает ионизацию текучей среды, например газа, посредством приложения электрического поля к протекающей текучей среде для получения ионизированной текучей среды, содержащей отрицательно и положительно заряженные частицы. Ионизация текучей среды может включать в себя одно или более из генерирования плазмы и вызова возникновения разряда, например темного или коронного разряда.

В седьмом аспекте система для преобразования энергии текучей среды в электрическую энергию содержит любое из устройств, описанных выше. Система дополнительно содержит источник напряжения с ограничением по току, генерирующий ионизирующее электрическое поле, и нагрузку, подключенную к одному из электродов накопления заряда. В некоторых вариантах реализации нагрузка может быть подключена к электроду, имеющему более низкий потенциал, (то есть комбинированный электрод генерирования поля и накапливания заряда, подключенный к отрицательному полюсу источника питания, или электрод накопления заряда, расположенный рядом с электродом генерирования поля, подключенным к отрицательному полюсу источника питания), который может в некоторых вариантах реализации обеспечивать повышенную производительность, например, в случае, когда текучая среда представляет собой ионизированный газ. Например, нагрузка может быть подключена между одним из электродов накопления заряда и нулевым электрическим потенциалом. Другой электрод накопления заряда может быть подключен к нулевому электрическому потенциалу. В некоторых вариантах реализации нагрузка может быть подключена к электродам накопления заряда в приборе, работающем в буферном режиме. Нагрузка может быть подключена с одной стороны к одному электроду накопления заряда, а с другой стороны - к другому такому электроду. Один полюс нагрузки и соответствующий электрод накопления заряда могут быть заземлены.

В некоторых вариантах реализации система содержит соединитель, соединяющий впускное отверстие с контейнером, в котором находится текучая среда под давлением. Контейнер может быть соединен с соединителем с возможностью демонтажа, что позволяет заменить пустой контейнер новым контейнером, содержащим текучую среду под давлением. Контейнер может быть установлен в системе в закрепленном положении с устройством и может быть выполнен с возможностью повторного наполнения текучей средой под давлением, например, через заправочное отверстие.

В некоторых вариантах реализации система содержит контроллер, регулирующий скорость потока текучей среды. Контроллер может быть выполнен с возможностью приема величины, характеризующей энергию, рассеиваемую нагрузкой, и регулировки скорости потока текучей среды в зависимости от указанной величины, характеризующей энергию, рассеиваемую нагрузкой. Дополнительно или альтернативно, контроллер может быть выполнен с возможностью приема величины, характеризующей энергию, потребляемую нагрузкой, и регулировки скорости потока текучей среды в зависимости от указанной величины, характеризующей энергию, потребляемую нагрузкой. Величина, характеризующая рассеиваемую энергию, может быть рассеиваемой мощностью, током, потребляемым нагрузкой, падением напряжения в нагрузке или их комбинацией. Величина, характеризующая потребляемую энергию, может быть требуемой мощностью, током, потребляемым нагрузкой, падением напряжения в нагрузке или их комбинацией, скоростью или необходимым крутящим моментом, если нагрузка представляет собой двигатель, и т.д. Контроллер может управлять клапаном, регулирующим поток текучей среды; некоторые или все контроллеры могут быть установлены на контейнере с текучей средой под давлением или в связи с ним и могут быть выполнены с возможностью замены вместе с контейнером.

Нагрузка может представлять собой электродвигатель, например, установленный в электрическом транспортном средстве, таком как электрический или гибридный автомобиль, велосипед, трехколесный мотоцикл, водное судно, поезд или воздушное судно. Нагрузка может содержать сеть электроснабжения, например электроподстанцию общего пользования, или сеть электроснабжения одного или более коммерческих или жилых объектов, таких как одно или более из домов, квартир или тому подобного.

В некоторых вариантах реализации система может обеспечивать возможность вытекания текучей среды из сосуда высокого давления со скоростью менее 0,1 мл/мин, например, сосуд высокого давления может иметь выпускное отверстие, выполненное с возможностью (благодаря его размерам или посредством регулируемого клапана) ограничения потока через это выпускное отверстие до менее 0,1 мл/мин для давления 10 бар, приложенного к входному отверстию, например, инертного газа, такого как неон.

Восьмой аспект относится к электрическому транспортному средству, содержащему устройство и/или систему, описанную в настоящем документе. Девятый аспект относится к сети электроснабжения, содержащей устройство и/или систему, описанную в настоящем документе.

Раскрыты другие аспекты и варианты реализации, в которых путь потока текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием может иметь направление потока с составляющей в любом направлении относительно направления накопления заряда и направления поля, например, перпендикулярно одному или обоим из первого и второго направления, вместо того, чтобы быть ограниченным направлением потока с составляющей вдоль направления накопления заряда и составляющей вдоль направления поля.

В любом из описанных аспектов и вариантов реализации скалярное произведение направления потока и направления поля может быть отрицательным, то есть электрическое поле ускоряет движение отрицательно заряженных частиц, например, электронов, действуя обычно в одном направлении с направлением потока текучей среды, в то время как поток текучей среды будет препятствовать действию электрического поля на положительно заряженные частицы, например, положительно заряженные ионы газа. Это может обеспечить улучшенный результат благодаря большему влиянию потока текучей среды на движение ионов, чем на движение электронов, и препятствованию потоку текучей среды притягиванию по меньшей мере доле положительных ионов к отрицательному накапливающему электроду. В других вариантах реализации скалярное произведение направления потока и направления поля может быть положительным, и электрическое поле может ускорять движение положительно заряженных частиц, например ионов газа, действуя обычно в одном направлении с направлением потока текучей среды.

Следует понимать, что первое направление, осуществляющееся, как правило, вдоль второго направления или имеющее составляющую вдоль второго направления, эквивалентно наличию ненулевого скалярного произведения соответствующих векторов вдоль первого и второго направлений (или, если коротко, между двумя направлениями) или тому, что оба этих направления не перпендикулярны и, следовательно, угол между ними находится в пределах от нуля до угла менее 90 градусов или от угла более 90 градусов до 180 градусов (или в зависимости от того, как именно измеряется угол: от 180 градусов до угла менее 270 градусов или от угла более 270 до 360 градусов).

Текучая среда может представлять собой газ, например воздух, аргон или неон. Предпочтительно, аргон или неон являются химически инертными, и выделение их заряженных ионов в атмосферу является безопасным. То же самое относится и к другим инертным газам, которые могут быть применены в других вариантах реализации. Варианты реализации, в которых используются неинертные газы, такие как воздух, содержащий кислород и азот, могут включать применение устройства захвата, улавливающего и/или разряжающего ионы в текучей среде, которая вытекает из выпускного отверстия, с целью препятствования выбросу токсичных газов в атмосферу. Конечно, следует понимать, что другие варианты реализации, например с применением инертных газов, также могут включать применение такого устройства захвата.

В любом из вариантов реализации, описанных выше, устройство или система может быть выполнена с возможностью ограничения скоростей потока входа в проточную камеру или сосуд высокого давления и/или выхода из них до менее 0,1 мл/мин, например, менее 9×10^-2 мл/мин, менее 8×10^-2 мл/мин или менее 7×10^-2 мл/мин, или может в целом быть выполнена с возможностью обуславливания протекания текучей среды через сосуд высокого давления или проточную камеру со скоростью потока, отличной от 0,1 мл/мин, например, 9×10^-2 мл/мин, 8×10^-2 мл/мин или 7×10^-2 мл/мин, а также со скоростью потока выше 0,1 мл/мин, например, 0,5 мл/мин или выше, 1 мл/мин или выше, 0,05 л/мин или выше, 0,1 мл/мин или выше или 0,2 мл/мин или выше. В равной степени, устройство и/или система может быть выполнена с возможностью работы при конкретном давлении, например, давлении, отличном от 10 бар, таком как более 10 бар, например 11 бар или более или 12 бар. Давление может составлять менее 10 бар, например, 9 бар или менее, 8 бар или менее, 7, 6 или 5 бар или менее, и в любом из этих случаев давление может составлять более 1 бар, более 2 бар, более 3 бар или более 4 бар. В некоторых вариантах реализации скорость потока по существу равна нулю. Например, в некоторых вариантах реализации впускное отверстие представляет собой только канал сообщения по текучей среде с сосудом высокого давления. Следует понимать, что соответствующие варианты реализации способа могут работать соответственно.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В силу вышесказанного, варианты реализации описаны с помощью примера и иллюстрации со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых одинаковые номера позиций относятся к одинаковым элементам, и на которых:

на фиг. 1 показан вариант реализации системы накопления и преобразования энергии, использующей поток текучей среды;

на фиг. 2 показан альтернативный вариант реализации системы накопления и преобразования энергии;

на фиг. 3 показано электрическое транспортное средство, содержащее систему по фиг. 1 или 2;

на фиг. 4 показан способ преобразования энергии текучей среды в электрическую энергию;

на фиг. 5 показан дополнительный вариант реализации системы накопления и преобразования энергии;

на фиг. 6 показана упрощенная принципиальная схема дополнительного варианта реализации;

на фиг. 7-10 показаны другие дополнительные варианты реализации системы накопления и преобразования энергии.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Со ссылкой на фиг. 1, система 2 для преобразования энергии, накапливаемой в сжатой текучей среде, содержит устройство 4 для преобразования энергии, соединенное с резервуаром 6, содержащим сжатую текучую среду, например с контейнером со сжатой текучей средой. В некоторых вариантах реализации текучая среда представляет собой газ, например инертный газ, такой как аргон или неон. Проточная камера 8 содержит впускное отверстие 10 для текучей среды, соединенное с резервуаром 6 с помощью трубопровода 12 на одном конце, и выпускное отверстие 14 для текучей среды на другом, противоположном конце. На каждом конце предусмотрены специальные токосъемные сетчатые электроды 15, через которые протекает поток текучей среды из/через впускное и выпускное отверстия 10 и 14. В некоторых вариантах реализации отверстия проходят через соответствующий электрод 15 или находятся на одном уровне с ним. В некоторых вариантах реализации могут использоваться другие геометрические характеристики электродов, например, кольцевой электрод, расположенный вокруг соответствующего отверстия или рядом с ним, точечный электрод, расположенный рядом с соответствующим ему каналом и т.д. Электроды 15 могут быть выполнены одинаковыми или могут отличаться друг от друга с любой комбинацией раскрытых или других геометрических характеристик.

Пара электродов 16 генерирования поля, расположена на расстоянии друг от друга с проточной камерой 8, находящейся между ними; причем каждый электрод расположен рядом с соответствующим ему впускным или выпускным отверстием 10 и 14. Диэлектрический материал 18 расположен между каждым электродом 16 генерирования поля и смежной стенкой проточной камеры 8. В некоторых вариантах реализации диэлектрический материал 18 представляет собой твердое вещество, в других вариантах реализации он представляет собой воздух или любой другой пригодный диэлектрик. Таким образом, электроды 16 генерирования поля электрически изолированы от проточной камеры 8. В некоторых вариантах реализации трубопровод 12 соединен с проточной камерой 8 посредством диэлектрического материала 18, и/или выпускной трубопровод 20 соединен с выпускным отверстием 14 посредством диэлектрического материала 18. В некоторых вариантах реализации выпускной трубопровод 20 прямо или косвенно соединен с окружающей атмосферой посредством текучей среды через выпускную ионную ловушку.

Источник 22 питания высокого напряжения с ограничением по току соединен с электродами 16, генерирующими поле, с целью порождения электрического поля достаточной силы внутри проточной камеры 8 для разделения заряженных частиц в текучей среде. В некоторых вариантах реализации поле имеет достаточную силу для ионизации текучей среды. Например, разность потенциалов, приложенная между электродами генерирования поля посредством источника питания, может быть достаточной для генерирования поля напряженностью 6000 В/см или более для ионизации аргона, используемого в качестве протекающей текучей среды. Более низкая напряженность поля требуется для некоторых текучих сред, таких как неон (600 В/см), в то время как более высокая напряженность поля потребуется для других текучих сред, например воздуха (30 кВ/см). Источник 22 питается от источника электрической энергии 24, например источника постоянного тока, такого как аккумулятор, например аккумулятор на 12 В. В некоторых вариантах реализации источник 22 питания выполнен с возможностью ограничения тока, что позволяет потреблять менее 2 А от аккумулятора (или другого источника тока на входе). В некоторых вариантах реализации ток в цепи, подключенной к источнику питания (ток на выходе), также может быть ограничен, например, до менее 2А. В некоторых вариантах реализации было обнаружено, что ток на выходе ограничен током пробоя, в случае, когда камера 8 заполнена воздухом, и в диапазоне от 0,05 до 0,1 А возникает искра, как было установлено в некоторых вариантах реализации. В некоторых вариантах реализации входное напряжение, приложенное к источнику питания, может варьироваться, например, от 9 до 12 В. В некоторых вариантах реализации источник 22 питания и источник 24 питания заменены конденсатором высокого напряжения, который ранее был заряжен от любого подходящего источника питания.

В некоторых вариантах реализации понижающий преобразователь 26 соединен с электродом 15 накопления заряда, имеющим более низкий потенциал, в других вариантах реализации - с электродом 15 накопления заряда, имеющим более высокий потенциал (как показано), с целью понижения разности потенциалов между электродами 15 до требуемого рабочего напряжения нагрузки 28, которая подключена к понижающему преобразователю 26 для потребления тока от него и, следовательно, от устройства 4. Нагрузка 28 подключена между электродом 15 накопления заряда, и в некоторых вариантах реализации, один полюс нагрузки и соответствующий токосъемный электрод заземлены. В других вариантах реализации нагрузка 28 подключена между электродами 15 накопления заряда в приборе, работающем в буферном режиме. В некоторых вариантах реализации нагрузка 28 подключена между землей и одним из электродов, и другой из электродов накопления заряда также заземлен.

В некоторых частных вариантах реализации электроды 15 накопления заряда имеют площадь 1 см² и расположены на расстоянии 1,6 см друг от друга, причем электроды генерирования поля имеют площадь 5 см² и расположены на расстоянии 7 см друг от друга. Проточная камера имеет длину 0,07 см и внутренний объем 0,000034 м³; скорость течения в ней составляет 0,1 мл/мин (1,7×10^-3 мл/с) в зависимости от сопротивления потока в трубопроводах и отверстиях 10, 12, 14, 20 и, в частности, относительно небольшого поперечного сечения потока / относительно высокого гидродинамического сопротивления выпускного отверстия 14 для достижения давления в резервуаре 1 10 бар.

Со ссылкой на фиг. 2, в некоторых вариантах реализации, описанных здесь, со ссылкой на одинаковые номера позиций для одинаковых элементов, устройство 4 выполнено аналогично устройству 4, описанному выше, со ссылкой на фиг. 1, но с заменой электрода, генерирующего поле, и электрода, накапливающего заряд 15, 16 на комбинированные электроды 17, генерирующие поле и накапливающие заряд, расположенные в проточной камере 8 на ее соответствующих стенках и подключенные к источнику 22 питания. В некоторых частных вариантах реализации электроды 17 выполнены в виде трубчатых электродов, причем каждый электрод имеет свою привязку к осям координат вдоль общего направления. В некоторых вариантах реализации впускное и выпускное отверстия 10, 14 расположены на соответствующих полюсах электродов 17. В некоторых вариантах реализации источник 22 питания выполнен с возможностью предотвращения или сильного ограничения тока, порожденного электронами, движущимися в сторону положительного полюса источника 22 питания, например, посредством диода, связанного с положительным полюсом источника 22 питания.

Комбинированные электроды 17, генерирующие поле и накапливающие заряд, подключены к соответствующим полюсам источника 22 питания. Понижающий преобразователь 26 подключен к одному из электродов 17 параллельно с источником 22 питания (который ограничивает или блокирует протекание тока от электрода 17 обратно к источнику питания, как описано выше), и нагрузка 28 подключена к понижающему преобразователю 26. В частности, понижающий преобразователь 26 и нагрузка 28 подключены между электродами 17. В некоторых вариантах реализации один полюс нагрузки и один из электродов 17 заземлены. В некоторых вариантах реализации нагрузка подключена между одним из электродов 17 (например, электрод с более низким потенциалом) и землей, а другой электрод 17 заземлен с целью замыкания цепи.

Со ссылкой на фиг. 3, электрическое транспортное средство 30, например электромобиль, содержит резервуар 6, соединенный с устройством 4 для преобразования энергии, как описано выше. Устройство 4 для преобразования энергии подключено к источнику 22 питания и нагрузке 28, как описано выше. Нагрузка 28 представляет собой электродвигатель, соединенный с трансмиссией 32 транспортного средства, для обеспечения движения транспортного средства, например, его ведущих колес. В некоторых вариантах реализации энергия, накапливаемая в резервуаре с текучей средой 6 под давлением, является единственным источником энергии, необходимой для движения транспортного средства. В некоторых вариантах реализации резервуар 6 соединен устройством 4 с возможностью демонтажа и может быть заменен на полный резервуар, в случае, если он пуст. В других вариантах реализации резервуар 6, независимо от того, является ли он демонтируемым/заменяемым или нет, может быть повторно заполнен текучей средой под давлением через заправочное отверстие в электрическом транспортном средстве 30.

Контроллер 33 принимает входные данные от одного или более из интерфейса для водителя транспортного средства (например, требуемой скорости или крутящего момента), нагрузки/двигателя 28 (например, потребляемый ток, действительный ток) и резервуара 6 (например, давления в резервуаре, в случае измерения датчиками давления и/или датчиками потока, связанными, например, с резервуаром) и управляет источником 22 питания, в частности, напряжением на электродах 16 или 17, в зависимости от обстоятельств, и клапаном (не показан), регулирующим поток текучей среды от резервуара 6 к устройству 4. Контроллер 33 в соответствии с частными вариантами реализации управляет приложенным напряжением и потоком на основе адекватного алгоритма управления, например, используя отрицательную обратную связь для регулирования тока, потока, выходного крутящего момента или скорости двигателя. Например, напряженность поля (то есть напряжение, приложенное к электродам 15/17) может регулироваться на основании потребления мощности, при этом напряженность поля увеличивается в зависимости от потребления мощности. Следует понимать, что приемлемый контроллер, реализующий адекватный алгоритм управления, в некоторых вариантах реализации включен в варианты реализации, изображенные на фиг. 1 и фиг. 2, т.е. независимо от конкретного применения, как описано со ссылкой на фиг. 3. Конечно, должно быть понятно, что реализуется конкретный алгоритм управления, а измеренные или полученные и контролируемые величины будут варьироваться от одного приложения к другому.

Со ссылкой на фиг. 4, описан способ управления системой накопления и преобразования энергии. Поток текучей среды из резервуара 6 в устройство 4 инициируется на этапе 34, а на этапе 36 электрическое поле прикладывается к электродам 16/17 для разделения заряженных частиц в текучей среде. В некоторых вариантах реализации отсутствует или по существу отсутствует поток текучей среды, и считается, что кинетическая энергия в основном обеспечивается тепловым движением вследствие давления, и в таких вариантах реализации (описанных дополнительно ниже) давление прикладывают к камере 8 посредством наполнения ее текучей средой под давлением, причем выпускное отверстие закрыто или выпуск отсутствует, а камера 8 остается соединенной с источником текучей среды под давлением, например, резервуаром 6, или камера изолирована от этого резервуара. В вариантах реализации, в которых текучая среда представляет собой газ, указанный газ ионизируется электрическим полем. Например, в некоторых вариантах реализации электрическое поле вызывает темный или коронный разряд в газе. В некоторых вариантах реализации текучая среда протекает вдоль направления электрического поля, в зависимости от геометрических характеристик устройства 4. На этапе 38 заряженные частицы (либо собственные частицы текучей среды, либо генерируемые в процессе ионизации, например ионы газа и электроны), накапливаются с помощью накапливающих электродов 16. Поток текучей среды может по-разному влиять на заряженные частицы, например, вследствие подвижности каждой частицы и/или расположения электродов относительно потока. В результате заряженные частицы одного типа преимущественно могут покинуть устройство 4 через выпускное отверстие 20, а заряженные частицы другого типа преимущественно могут быть собраны с помощью соответствующего электрода 15/17, в зависимости от обстоятельств. В результате поток текучей среды может увеличивать разность потенциалов между электродами 15/17 по сравнению той, какой она была бы в противном случае, и соответствующий избыточный заряд может потребляться в качестве тока нагрузкой 28 для выполнения электрических работ на этапе 40.

Как описано выше, потоком текучей среды на этапе 34 (например, через клапан) или приложенным электрическим полем на этапе 36 (например, через настройку напряжения для источника 22 питания) можно управлять на основе одного или более измеренных или принятых параметров в некоторых вариантах реализации. Измеренный параметр может характеризовать энергию, рассеиваемую нагрузкой, а принятый параметр может характеризовать энергию, потребляемую нагрузкой. Управление может основываться на измеряемых параметрах, таких как давление в резервуаре 6. Кроме того, напряжение от источника 22 питания управляется, например, как описано выше, на основе потребляемой мощности, с целью обеспечения напряженности поля, достаточной для ионизации текучей среды в случае вариантов реализации, в которых текучая среда представляет собой газ, а также для того, чтобы устройство 4 могло обеспечивать требуемую мощность. В некоторых вариантах реализации напряжение может изменяться со временем. Например, в некоторых вариантах реализации более высокое напряжение первоначально подается источником 22 питания до тех пор, пока в газе не произойдет разряд и/или образование плазмы, а после напряжение опустится до более низкого уровня, достаточного для поддержания разряда или генерирования плазмы. Управление напряженностью поля может быть основано на обратной связи, протоколе времени или на том и другом с целью достижения эффективного использования текучей среды и удовлетворения требований к потребляемой мощности.

Скорость потока можно регулировать таким образом, чтобы она была по существу постоянной в достижимой степени, например, при изменении давления внутри резервуара 6 и/или исходя из потребляемой или действительной мощности, рассеиваемой в нагрузке (или связанной характеристики, см. выше). В некоторых вариантах реализации контроллер может реагировать на потребляемую/рассеиваемую мощность, посредством увеличения скорости потока и/или напряжения питания. Дополнительно или альтернативно, в некоторых вариантах реализации контроллер регулирует давление внутри проточной камеры 8, например, в ответ на сигнал от датчика, измеряющего давление внутри проточной камеры 8. Скорость потока и/или давление можно контролировать путем управления сопротивлением потока впускного трубопровода и впускного отверстия 12, 10 с одной стороны и/или сопротивления потока выпускного трубопровода и выпускного отверстия 14, 20 с другой стороны. Например, в некоторых вариантах реализации дроссельный клапан может быть предусмотрен в одном или обоих трубопроводах 12, 14 и/или отверстия 10, 20 могут иметь переменную апертуру. В некоторых вариантах реализации дроссельный клапан и/или переменная апертура, в зависимости от обстоятельств, находятся под управлением контроллера, например, для управления скоростью потока и/или давлением, как описано выше.

Следует понимать, что описанные аспекты управления применимы ко всем описанным вариантам реализации, включая описанные выше, со ссылкой на фиг. 1, 2 или 3, а также дополнительные варианты реализации, относящиеся к протекающим текучим средам и описанные ниже.

В некоторых вариантах реализации направление потока и направление поля в целом могут быть ориентированы в противоположных направлениях (то есть иметь отрицательное скалярное произведение). В этих вариантах реализации положительно заряженные частицы склонны перемещаться в различных направлениях под действием электрического поля и потока. В случае, когда ионизированный газ применяется в качестве рабочей текучей среды, это означает, что положительные ионы газа, по сути, уносятся потоком от соответствующего им захватывающего электрода 16/17 и, таким образом, могут эффективно удаляться из устройства 4, в то время как более подвижные электроны в меньшей степени подвержены влиянию потока текучей среды и в любом случае будут смещены потоком текучей среды к соответствующему им захватывающему электроду 16/17. Однако в некоторых вариантах реализации относительная ориентация потока текучей среды и электрического поля может быть противоположной.

Рабочие характеристики частного варианта реализации, описанного выше со ссылкой на фиг. 1, были охарактеризованы с помощью иллюстрации с изменением входного напряжения источника 22 питания в диапазоне от 9 до 12 В для фиксированной скорости потока 0,1 мл/мин, давления резервуара 10 бар и тока питания 2 А и двух нагрузок, что привело к изменению мощности, рассеиваемой на нагрузке выше порогового входного напряжения. Выходное напряжение источника питания в импульсном режиме составляло приблизительно 30 кВ при пороговом входном напряжении и приблизительно 45 кВ при максимальном входном напряжении питания 12 В. Некоторые результаты представлены в следующей таблице:

Со ссылкой на фиг. 5, в некоторых вариантах реализации системы 2 накапливающие электроды 10, 14 представляют собой стержни из вольфрама, например, торированного вольфрама, проходящие через стенки проточной камеры 8, например, кварцевой камеры или стеклянной/силикатной камеры, причем указанные стенки уплотнены вокруг накапливающих электродов. Следует понимать, что можно использовать любой непроводящий материал, который может выдерживать давления и температуры, присутствующие в каждом варианте осуществления, и, аналогично, можно использовать любой подходящий материал для электродов. Впускное отверстие 12 и выпускное отверстие 20 ориентированы относительно камеры 8 таким образом, что обеспечивают поток текучей среды по существу диагонально по камере 8. На фиг. 5 показаны только камера 8 и ее компоненты, остальные компоненты в целях ясности опущены и в некоторых вариантах осуществления являются такими, как описаны выше со ссылкой на фиг. 1. На фиг. 6 показана упрощенная принципиальная схема, на которой устройство 4 представлено источником напряжения с положительным и отрицательным полюсами, соответствующими накапливающим электродам 10, 14.

В некотором варианте реализации, например, любом из вариантов реализации, описанных выше, на этапе 36 приложенное электрическое поле является импульсным, то есть, выходное напряжение источника 22 питания является импульсным для создания импульсной формы волны напряженности электрического поля / разности потенциалов между электродами 16, которая содержит последовательность импульсов. Например, эти импульсы могут иметь сложную форму, например, большой импульс, на каждой стороне которого расположены меньшие импульсы, при этом ширина импульса составляет 1 мс, а продолжительность цикла - 4 мс. Следует понимать, что можно применять другие формы импульсов, например, форму с плоским верхом, синусообразную форму, колокообразную форму или любую другую подходящую форму. Дополнительно или альтернативно, в некоторых вариантах реализации камера 8, например, в частности, накапливающие электроды, может быть облучена электромагнитным излучением в диапазоне длин волн от 120 нм до 820 нм, например УФ-излучением, для того, чтобы способствовать ионизации в камере 8. В таких вариантах реализации соответствующий источник излучения/света (не показан) соответственно расположен относительно камеры 8 для облучения этой камеры.

С использованием варианта реализации, описанного со ссылкой на фиг. 5, был проведен одноминутный экспериментальный прогон потока газа (газообразного неона) через камеру 8 с приложенным импульсным электрическим полем и со следующими экспериментальными параметрами и результатом:

Разность потенциалов соответствует импульсной разности потенциалов для электродов 16 и, следовательно, импульсному выходу источника 22 питания (с формой волны, как описано выше в частном примере и с максимальной амплитудой 50 кВ, среднеквадратичным 4 кВ), значение резистора представляет собой значение нагрузки/измеренного резистора, показанного на фиг. 6, где среднеквадратичное значение напряжения в течение всего прогона измеряется с использованием осциллографа, а среднеквадратичные значения тока и мощности рассчитываются на основе значения резистора нагрузки. Входная мощность является мощностью, подаваемой на источник 22 питания для создания разности потенциалов. Скорость потока (литров в минуту) и давление газа относятся к скорости потока и давлению газа внутри камеры 9. Можно видеть, что рассчитанная среднеквадратичная мощность, рассеиваемая на нагрузке, превышает входную мощность, при этом считается, что эта разность в мощности обеспечивается за счет кинетической энергии потока ионизированного газа под давлением.

В следующей таблице представлены соответствующие данные для приложенного постоянного электрического поля с неизменными в остальном экспериментальными параметрами.

Можно видеть, что импульсное применение электрического поля может способствовать лучшему извлечению энергии из потока газа под давлением, при этом отношение рассчитанной мощности, рассеиваемой на нагрузке, к электрической входной мощности для приложенного импульсного поля составляет 68, а для приложенного постоянного поля - 39.

Со ссылкой на фиг. 7, в одном варианте приведенных выше вариантов реализации в камере 8 расположен только один накапливающий электрод 14, который может быть присоединен к нагрузке плавающим или заземленным способом.

Со ссылкой на фиг. 8, в некоторых вариантах, применимых ко всем вариантам реализации, описанным выше и ниже, предусмотрены средства для задержки начала протекания тока для обеспечения возможности накопления большего количества заряда на накапливающих электродах 10, 14. В частности, в некоторых вариантах реализации свободные концы 50 накапливающих электродов 10, 14 заключены в соответствующую дополнительную камеру 52, уплотненную относительно камеры 8 и наполненную инертным газом с низким напряжением пробоя, например неоном, через дополнительное соответствующее входное отверстие 54. Дополнительный соответствующий электрод 56, например, вольфрамовый электрод, проходит с уплотнением через стенку камеры 52 с совмещением со свободными концами 50 для того, чтобы таким образом задавать искровой промежуток между каждым свободным концом 50 и соответствующим дополнительным электродом 56. Дополнительные электроды 56 соединены с остальной системой 2 (не показана) место накапливающих элетродов 10, 14.

По мере протекания текучей среды через камеру 8 при ионизации приложенным электрическим полем на накапливающих электродах 10, 14 накапливается заряд до тех пор, пока разность потенциалов между накапливающими электродами 10, 14 не превысит напряжение пробоя инертного газа в других камерах 52 через искровой промежуток, в этот момент происходит разряд, и ток течет через дополнительные электроды 56 до тех пор, пока сохраняется искра. Таким образом, можно видеть, что протекание тока задерживается до тех пор, пока на электродах 10, 14 не накопится достаточный заряд для того, чтобы вызывать искру. Конечно, следует понимать, что в связанных вариантах реализации также может быть использован любой другой способ задержки начала протекания тока, например, с использованием реле или переключателя с переключением за счет изменения напряжения, диода или таймерного переключателя вместо искрового промежутка.

Как кратко упомянуто выше, энергия, накопленная в текучей среде под давлением, может быть преобразована в электрическую энергию также главным образом или исключительно приложением давления к текучей среде как таковой. Описанные выше варианты реализации на основе потока могут быть преобразованы в варианты реализации с основой на давлении посредством перекрытия выпускного отверстия 20 либо постоянным, либо съемным способом, например, с использованием запорного крана. В некоторых вариантах реализации, показанных на фиг. 9, камера 8 модифицирована посредством полного удаления выпускного отверстия 20 таким образом, что камера 8 сообщается по текучей среде только через впускное отверстие 12.

Экспериментальный одноминутный прогон преобразования энергии на основе давления был проведен с использованием варианта реализации, показанного на фиг. 5 и 6, с блокированным выпускным отверстием 20, при этом экспериментальные параметры и результаты представлены в следующей таблице для импульсного электрического поля (с теми же параметрами, как описаны выше для эксперимента на основе потока). В начале эксперимента камера была наполнена газообразным неоном под давлением 10 бар, а затем камера была уплотнена от источника газа. В ходе эксперимента наблюдалось падение давления, предположительно вследствие преобразования энергии, поскольку давление было по существу постоянным в течение аналогичного периода времени без потребления тока от токосъемника.

Рассчитанная среднеквадратичная мощность рассчитывается для всей одной минуты эксперимента и, следовательно, усредняется по изменению давления во время этого эксперимента.

Как и в случае описанных выше вариантов реализации, относящихся к потоку, варианты реализации, относящиеся к давлению, могут в равной степени работать с импульсным или постоянным приложенным полем с неизменными в остальном экспериментальными параметрами. Экспериментальные параметры и результаты представлены в следующей таблице:

Как можно видеть, можно наблюдать аналогичную тенденцию, что и для экспериментов на основе потока. Для полноты следует отметить, что более низкая входная мощность обусловлена использованием различного источника питания и меньшим током, потребляемым этим источником питания для поддержания постоянного поля, в отличие от постоянной зарядки и разрядки электродов поля.

Как описано выше, любой вариант реализации на основе потока может быть преобразован в вариант реализации на основе давления посредством блокировки выпускного отверстия 20. В некоторых вариантах реализации, показанных на фиг. 9, камера 8 модифицирована посредством полного удаления выпускного отверстия 20 таким образом, что камера 8 сообщается по текучей среде только через впускное отверстие 12, причем в некоторых вариантах реализации другие компоненты устройства 4 остаются неизмененными. В некоторых вариантах реализации, показанных на фиг. 10, перегородка 58, например, кварцевое окно, делит с уплотнением камеру 8 на две части, каждая из которых содержит один из накапливающих электродов 10, 14, причем выпускное отверстие 20 присоединено как дополнительное входное отверстие 12 таким образом, что каждая часть камеры 8 имеет соответствующее входное отверстие 12, присоединенное к источнику текучей среды под давлением, давление поддерживается независимо в каждой части камеры 8, а в некоторых вариантах реализации другие компоненты устройства 4 остаются неизмененными. В некоторых вариантах реализации камера выполнена как единая деталь, содержащая стенку камеры и перегородку 58.

Частные варианты реализации были описаны выше в качестве примера с целью иллюстрации аспектов раскрытия. Следует понимать, что объем изобретения изложен в прилагаемой формуле изобретения. Многие модификации и различные комбинации признаков будут очевидны для специалиста в данной области техники, например, как изложено выше, которые находятся в пределах объема формулы изобретения. Кроме того, следует понимать, что порядок этапов вариантов реализации способа может быть изменен на более приемлемый и что некоторые или все этапы могут выполняться в полностью или частично перекрывающихся во времени отношениях. В равной степени, признаки различных вариантов реализации, описанных выше, могут быть объединены при необходимости. Некоторые из указанных вариантов реализации основаны на потоке текучей среды, в то время как другие основаны на приложенном давлении при отсутствии потоки или наличии минимального потока. Следует понимать, что в зависимости от конкретного случая любой признак, описанный по отношении к варианту реализации на основе тока также применим к любым вариантам реализации на основе давления и наоборот. В случае, когда настоящее изобретение ссылается на заряженные, положительные и отрицательные частицы соответственно, каждый тип частиц может соответствовать одному типу объекта (например, однозарядные положительные ионы газа и электроны, соответственно) или каждый тип частиц может включать в себя подвиды частиц, например, положительно заряженные ионы газа с различными соответствующими зарядами. Аналогичные соображения применимы к вариантам реализации, в которых жидкость представляет собой раствор с соответствующими ионами.

Во избежание разночтений некоторые аспекты и варианты реализации изложены в следующем списке пунктов:

1. Устройство для преобразования кинетической энергии текучей среды в электрическую энергию, содержащее:

проточную камеру, имеющую впускное отверстие для текучей среды и выпускное отверстия для текучей среды;

пару электродов накопления заряда, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль направления накопления и размещенных внутри проточной камеры; и

генератор электрического поля, выполненный с возможностью генерировать электрическое поле в проточной камере вдоль направления поля для разделения заряженных частиц в текучей среде, причем путь потока текучей среды между впускным отверстием и выпускным отверстием имеет направление потока с составляющей вдоль направления накапливания заряда и составляющей вдоль направления поля.

2.Устройство по пункту 1, в котором электрическое поле представляет собой ионизирующее электрическое поле для ионизации текучей среды.

3. Устройство по пункту 1 или 2, в котором генератор электрического поля содержит пару электродов генерирования поля, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль направления поля и находящихся на обеих сторонах проточной камеры.

4. Устройство по пункту 3, в котором электроды генерирования поля электрически изолированы от проточной камеры.

5. Устройство по любому предыдущему пункту, в котором направления поля и потока по существу параллельны.

6. Устройство по любому предыдущему пункту, в котором направления накапливания заряда и потока по существу параллельны.

7. Устройство по любому предыдущему пункту, в котором электроды накопления заряда центрированы на оси, совпадающей по меньшей мере с частью пути потока.

8. Устройство по любому предыдущему пункту, в котором путь потока проходит через электроды накопления заряда.

9. Устройство по любому предыдущему пункту, в котором электроды накопления заряда представляют собой сетчатые электроды.

10. Система для преобразования кинетической энергии текучей среды в электрическую энергию, содержащая:

устройство по любому предыдущему пункту;

источник напряжения с ограничением по току для генерирования ионизирующего электрического поля и

нагрузку, подключенную к одному из электродов накопления заряда.

11. Система по пункту 10, содержащая соединитель для соединения впускного отверстия с контейнером, содержащим текучую среду, находящуюся под давлением.

12. Система по пункту 11, в которой контейнер соединен с соединителем с возможностью отсоединения для обеспечения возможности замены пустого контейнера новым контейнером, содержащим текучую среду под давлением.

13. Система по любому из пунктов 10-12, содержащая контроллер для регулировки скорости потока текучей среды.

14. Система по пункту 13, в которой контроллер выполнен с возможностью приема величины, характеризующей энергию, рассеиваемую нагрузкой, и регулировки скорости потока текучей среды в зависимости от указанной величины, характеризующей энергию, рассеиваемую нагрузкой.

15. Система по пункту 13 или 14, в которой контроллер выполнен с возможностью приема величины, характеризующей энергию, потребляемую нагрузкой, и регулировки скорости потока текучей среды в зависимости от указанной величины, характеризующей энергию, потребляемую нагрузкой.

16. Система по любому из пунктов 10-15, в которой нагрузка представляет собой электродвигатель.

17. Система по пункту 16, в которой электродвигатель установлен в электрическом транспортном средстве, например, электрическом или гибридном автомобиле, велосипеде, трехколесном мотоцикле, водном судне, поезде или воздушном судне.

18. Система по любому из пунктов 10-15, в которой нагрузка содержит сеть электроснабжения, например, электрическую подстанцию общего пользования, или сеть электроснабжения одного или более коммерческих или жилых объектов.

19. Способ преобразования потенциальной энергии текучей среды под давлением в электрическую энергию, включающий:

обеспечение прохождения текучей среды под давлением через проточную камеру вдоль направления потока с преобразованием потенциальной энергии в кинетическую энергию потока текучей среды;

приложение электрического поля к текучей среде, протекающей в проточной камере; при этом электрическое поле имеет направление с составляющей вдоль направления потока, что обеспечивает разделение положительно и отрицательно заряженных частиц текучей среды вдоль направления поля, и при этом одно из положительно и отрицательно заряженных частиц отклоняют для перемещения в направлении, имеющем составляющую в направлении потока, а другое из положительно и отрицательно заряженных частиц отклоняют для перемещения в направлении, имеющем составляющую в направлении, противоположном направлению потока;

накопление по меньшей мере части одного или каждого типа из положительно и отрицательно заряженных частиц в соответствующем токосъемнике и

потребление тока от одного из токосъемников для подачи электрической энергии на нагрузку.

20. Способ по пункту 19, включающий ионизацию текучей среды посредством приложения электрического поля к протекающей текучей среде для получения ионизированной текучей среды, содержащей отрицательно и положительно заряженные частицы.

21. Способ по пункту 20, в котором ионизация текучей среды включает генерирование плазмы.

22. Способ по пункту 20 или 21, в котором ионизация текучей среды включает обеспечение разряда, например, темного или коронного разряда.

23. Способ по любому из пунктов 19-22, включающий восприятие величины, характеризующей энергию, рассеиваемую нагрузкой, и регулировку скорости потока текучей среды и/или в зависимости от указанной величины, характеризующей энергию, рассеиваемую нагрузкой.

24. Способ по любому из пунктов 19-23, включающий прием величины, характеризующей энергию, потребляемую нагрузкой, и регулировку скорости потока текучей среды в зависимости от указанной величины, характеризующей энергию, потребляемую нагрузкой.

25. Устройство, система или способ по любому предыдущему пункту, в котором или которой скалярное произведение направления потока и направления поля является отрицательным.

26. Устройство, система или способ по любому из пунктов 1-24, в котором или которой скалярное произведение направления потока и направления поля является положительным.

27. Устройство, система или способ по любому предыдущему пункту, в котором или которой текучая среда представляет собой газ, например, воздух, аргон или неон.

28. Устройство, система или способ по любому предыдущему пункту, в котором или которой текучая среда представляет собой инертный газ.

29. Устройство для преобразования кинетической энергии текучей среды в электрическую энергию, содержащее:

проточную камеру, имеющую впускное отверстие для текучей среды и выпускное отверстия для текучей среды;

пару электродов накопления заряда, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль направления накопления и размещенных внутри проточной камеры; и

генератор электрического поля, выполненный с возможностью генерировать электрическое поле в проточной камере вдоль направления поля для разделения заряженных частиц в текучей среде.

30. Способ преобразования потенциальной энергии текучей среды под давлением в электрическую энергию, включающий:

обеспечение прохождения текучей среды под давлением через проточную камеру вдоль направления потока с преобразованием потенциальной энергии в кинетическую энергию потока текучей среды;

приложение электрического поля к текучей среде, протекающей в проточной камере, вырабатываемого генератором электрического поля;

накопление по меньшей мере части одного или каждого типа из положительно и отрицательно заряженных частиц в соответствующем токосъемнике и

потребление тока от одного из токосъемников для подачи электрической энергии на нагрузку.

31. Устройство по пункту 29 или способ по пункту 30, в котором генератор электрического поля содержит пару электродов генерирования поля, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль направления поля и находящихся на обеих сторонах проточной камеры, причем электроды генерирования поля электрически изолированы от проточной камеры.

В любом из этих пунктов приложенное электрическое поле может представлять собой импульсное электрическое поле, и/или проточная камера может быть облучена электромагнитным излучением, например, УФ-излучением или электромагнитным излучением с одной или более длин волн в диапазоне от 120 нм до 820 нм, например, УФ-излучением. Дополнительно или альтернативно, в любом из указанных пунктов протекание тока может задерживаться для обеспечения возможности накапливания количества заряда на электроде (электродах) до протекания тока. Дополнительно или альтернативно, для всех, некоторых или любых из этих вариаций во всех пунктах пара электродов накопления заряда может быть заменена на один электрод накопления заряда.

В любом из описанных выше пунктов устройство или система может быть выполнена с возможностью ограничения скоростей потока входа в проточную камеру или сосуд высокого давления и/или выхода из них до менее 0,1 мл/мин, например, менее 9×10^-2 мл/мин, менее 8×10^-2 мл/мин или менее 7×10^-2 мл/мин, или может в целом быть выполнена с возможностью обуславливания протекания текучей среды через сосуд высокого давления или проточную камеру со скоростью потока, отличной от 0,1 мл/мин, например, 9×10^-2 мл/мин, 8×10^-2 мл/мин или 7×10^-2 мл/мин, а также со скоростью потока выше 0,1 мл/мин, например, 0,5 мл/мин или выше, 1 мл/мин или выше, 0,05 л/мин или выше, 0,1 мл/мин или выше или 0,2 мл/мин или выше. В равной степени, устройство и/или система может быть выполнена с возможностью работы при конкретном давлении, например, давлении, отличном от 10 бар, таком как более 10 бар, например 11 бар или более или 12 бар. Давление может составлять менее 10 бар, например, 9 бар или менее, 8 бар или менее, 7, 6 или 5 бар или менее, и в любом из этих случаем давление может составлять более 1 бар, более 2 бар, более 3 бар или более 4 бар. В некоторых вариантах реализации скорость потока по существу равна нулю. Например, в некоторых вариантах реализации впускное отверстие представляет собой только канал сообщения по текучей среде с сосудом высокого давления. Следует понимать, что соответствующие варианты реализации способа могут работать соответственно.

Реферат

Изобретение относится к электротехнике, а именно к накоплению и преобразованию энергии, в частности к преобразованию кинетической или потенциальной энергии текучей среды, например газа, в электрическую энергию. Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств, обеспечивающих преобразование энергии текучей среды в электрическую энергию. Устройство содержит сосуд высокого давления, имеющий впускное отверстие для текучей среды и выполненный с возможностью удерживания текучей среды, находящейся под давлением, от указанного впускного отверстия в сосуде высокого давления. Пара электродов накопления заряда расположена на расстоянии друг от друга вдоль направления накапливания заряда и размещена внутри сосуда высокого давления. Генератор электрического поля выполнен с возможностью генерирования электрического поля в сосуде высокого давления вдоль направления поля для разделения заряженных частиц в текучей среде. Другие раскрытые устройства обеспечивают возможность задержки протекания тока для содействия накапливанию заряда или облучению электромагнитным излучением. Другие устройства выполнены для потока текучей среды, а не давления. Также раскрыта система, содержащая любое из раскрытых устройств и связанные способы. Раскрытие может найти применение, например, в обеспечении источника энергии для электрического транспортного средства. 10 н. и 41 з.п. ф-лы, 10 ил., 5 табл.

Формула