Способ восстановления источников напряжения в виде первичных элементов и устройство для его осуществления

Номер патента: 3460

Опубликовано: 30.09.2000

Автор: РЁНИШ Вернер

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ НАПРЯЖЕНИЯ В ВИДЕ ПЕРВИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) 1. Способ восстановления источников напряжения в виде первичных элементов посредством подачи электрической энергии в виде импульсов напряжения, отличающийся тем, что на восстанавливаемый источник напряжения воздействуют в течение заданного интервала времени по существу периодически подаваемыми импульсами напряжения с заданной постоянной амплитудой и заданной постоянной длительностью импульсов, причем импульсы напряжения имеют короткое время нарастания. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длительность импульсов упомянутой импульсной последовательности находится в пределах 10-3-210-3 с. 3. Способ по одному из пп. 1, 2, отличающийся тем, что частота следования импульсов упомянутой импульсной последовательности находится в пределах 2-200 Гц. 4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что ток восстановления устанавливают в пределах 510-2-15 А. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что ток восстановления регулируют в зависимости от величины внутреннего сопротивления восстанавливаемого источника напряжения. 3460 1 6. Устройство для восстановления источников напряжения в виде первичных элементов посредством подачи электрической энергии в виде импульсов напряжения, содержащее низкоомный источник постоянного напряжения и полюса для подключения восстанавливаемого источника напряжения, отличающееся тем, что содержит коммутатор, сигнальный вход которого соединен с низкоомным источником постоянного напряжения, тактируемый вход коммутатора соединен с выходом тактового генератора, а также содержит времязадающий элемент для задания временного интервала восстановления путем подсоединения выхода последовательностей импульсов напряжения коммутатора к полюсу для подключения восстанавливаемого источника напряжения на упомянутый заданный интервал времени. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что коммутатор содержит исполнительное устройство для регулирования тока восстановления. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что регулировочная характеристика исполнительного устройства установлена в соответствии с внутренним сопротивлением восстанавливаемого источника напряжения,которое изменяется в зависимости от степени его восстановления. 9. Устройство по одному из пп. 6-8, отличающееся тем, что времязадающий элемент выполнен с возможностью регулировки временного интервала восстановления. Изобретение относится к способу восстановления источников напряжения в виде первичных элементов посредством подачи электрической энергии, а также к устройству для реализации этого способа. Первичные элементы и первичные источники питания используются в различных приборах и устройствах в качестве источников электрического напряжения для питания этих приборов и устройств. Первичными элементами такого рода являются, например, марганцевые, щелочные, цинково-угольные или другие элементы, которые характеризуются тем, что по истечении определенного времени работы они имеют на своих полюсах такое незначительное напряжение, что работа подсоединенного к ним прибора, устройства становится невозможной. Вместе с падением напряжения внутри таких первичных элементов происходят электрохимические изменения, вызывающие изменение внутреннего сопротивления элемента, так что мощность элемента уменьшается параллельно с уменьшением номинального напряжения. Обыкновенно первичный элемент имеет в ненагруженном первоначальном состоянии напряжение 1,5 В. Элемент такого рода считается изношенным,когда напряжение падает до 1-1,2 В. Как правило, такие израсходованные элементы часто необдуманно идут на свалку, что, в связи с химическим составом компонентов этих элементов, опасно с точки зрения экологии окружающей среды. В последнее время израсходованные первичные элементы стали собирать в специальные ящики для мусора и осуществлять контролируемое использование их частей. Однако, часто элемент рассматривается как израсходованный в вышеописанном смысле, когда нижняя граница напряжения достигает 1-1,2 В, а его составные части почти полностью невредимы. При этом следует отметить, что изменяющееся в процессе работы напряжение первичного элемента и вытекающее отсюда уменьшение его токоотдачи определяется только текущими внутри элемента в процессе его использования реакциями. Известны различные попытки и способы восстановления израсходованных в вышеописанном смысле источников напряжения с целью, чтобы они могли отдавать заданную мощность более длительное время. В патенте 1 описано устройство восстановления первичных источников напряжения батарейного типа с применением неотфильтрованного выпрямленного переменного тока. Патент 2 раскрывает способ и устройство восстановления первичных источников напряжения с применением резонансных затухающих колебаний. Недостатком известных способов и устройств является то, что они не позволяют провести действительно эффективное восстановление, или обеспечивают лишь очень неполное восстановление и делают это крайне несовершенным образом. Задача изобретения - разработать такие способ и устройство, которые позволили бы восстанавливать первичные источники напряжения до такой степени, когда их мощностные характеристики практически равны мощностным характеристикам нового неизрасходованного источника напряжения, и чтобы упоминаемый способ и устройство были просты в реализации и эксплуатации, доступны по цене, благодаря чему нашли бы широкое применение. Поставленная задача решается тем, что в способе восстановления источников напряжения в виде первичных элементов посредством подачи электрической энергии в виде импульсов напряжения на восстанавли 2 3460 1 ваемый источник напряжения, указанное воздействие осуществляют в течение заданного интервала времени по существу периодически подаваемыми импульсами напряжения с заданной постоянной амплитудой и заданной постоянной длительностью импульсов, причем импульсы напряжения имеют короткое время нарастания. В предпочтительном варианте способа длительность импульсов напряжения, подаваемых на восстанавливаемый источник напряжения находится в пределах 10-3 - 210-3 с, причем в зависимости от восстанавливаемого элемента она различна и регулируется в зависимости от других параметров. Частота следования импульсов упомянутой импульсной последовательности также различна и может быть выбрана преимущественно из интервала от 2 до 200 Гц. Ток восстановления при этом устанавливают в интервале 510-2- 15 А. Ток восстановления в этом интервале можно установить постоянным, т. е. вести восстановление постоянной величиной пульсирующего тока с амплитудами импульсов напряжения, изменяющимися в зависимости от степени восстановления первичных элементов. Возможно также автоматическое регулирование тока восстановления в зависимости от внутреннего сопротивления восстанавливаемого источника напряжения при заданных импульсах напряжения с постоянной фиксированной амплитудой. Устройство для реализации описанного способа восстановления источников напряжения в виде первичных элементов, содержащее низкоомный источник постоянного напряжения и полюса для подключения восстанавливаемого источника напряжения, дополнительно содержит коммутатор, сигнальный вход которого соединен с низкоомным источником постоянного напряжения. При этом тактируемый вход коммутатора соединен с выходом тактового генератора. Устройство также содержит времязадающий элемент для задания временного интервала восстановления путем подсоединения выхода последовательностей импульсов напряжения коммутатора к полюсу для подключения восстанавливаемого источника напряжения на упомянутый заданный интервал времени. Преимуществом данного устройства является то, что оно имеет простое выполнение с использованием дешевых комплектующих элементов и, следовательно, незначительную себестоимость, благодаря чему может быть установлено почти во все частные и промышленные сети. Как правило, такое устройство может быть подключено к обычным сетям напряжения с помощью обычного трансформатора, т. е. для его электрической адаптации не требуется никаких дополнительных технических мер. В преимущественном варианте устройства коммутатор содержит исполнительное устройство для регулирования тока восстановления, благодаря которому ток может устанавливаться постоянным при меняющейся амплитуде импульсов напряжения в зависимости от степени восстановления первичного элемента. В другом преимущественном варианте устройства регулировочная характеристика исполнительного устройства устанавливается в соответствии с внутренним сопротивлением восстанавливаемого источника напряжения, которое изменяется в зависимости от степени его восстановления. Однако можно выбрать исполнительное устройство с другой регулировочной характеристикой, которая определяется типом восстанавливаемого источника, когда необходимы другие восстановительные характеристики. Наконец, преимущественным вариантом устройства является тот, в котором времязадающий элемент выполнен с возможностьюрегулировки временного интервала восстановления. По истечении заданного интервала времени восстанавливаемый источник напряжения квазиавтоматически отключается от низкоомного источника постоянного напряжения. В качестве времязадающего элемента может быть использован таймер. Изобретение описывается ниже со ссылкой на следующие чертежи. Фиг. 1 - Структурная схема устройства восстановления первичных источников напряжения Фиг. 2 - Принципиальная схема примера выполнения устройства, показанного на рис. 1 Фиг. 3 - Кривые изменения напряжения первичного элемента напряжения в зависимости от времени подключения к нагрузке 6 Ом, соответствующей току 250 мА, причем кривая А относится к новому, неиспользованному источнику напряжения, кривая В - к тому же источнику после первого восстановления, кривая С после второго восстановления Фиг. 4 - Гнездо для установки нескольких восстанавливаемых первичных элементов, вид сверху. Устройство для восстановления источников напряжения в виде первичных элементов включает низкоомный источник 1 постоянного напряжения, который может быть выполнен, например, в виде преобразователя переменного напряжения в постоянное, вход которого соединен с выходом соответствующего источника переменного тока и напряжения. Источник 1 постоянного напряжения подает известным способом постоянное напряжение или постоянный по напряжению сигнал на вход коммутатора 2. На управляющий вход коммутатора 2 воздействует непосредственно сигнал с выхода генератора 3 тактовых импульсов, который осуществляет модуляцию сигнала постоянного напряжения и формирование серии импульсов, амплитуда которых регулируется исполнительным устройством 4, которое действует совместно с коммутатором 2. Длительность импульсов упомянутой импульсной последовательности устанавливается в интервале 10-3 с - 210-3 с. В исполнительном устройстве 4 могут быть также размещены элементы, с помощью которых ток восстановления регулируется в пределах от 510-2 А до 15 А. 3460 1 Генератор 3 тактовых импульсов выполнен так, что частота следования импульсов импульсной последовательности регулируется, например, в пределах от 2 до 200 Гц. Так, например, частоту следования импульсов первой последовательности выбирают в интервале 2-25 Гц, а частоту следования импульсов другой последовательности 25 Гц. Времязадающий элемент 5 так соединен с ключом 6, что поступающие с выхода коммутатора 2 импульсы напряжения могут быть приложены к полюсу 7 восстанавливаемого источника 8 напряжения. Другой полюс 9 восстанавливаемого источника 8 напряжения соединен известным способом с другим полюсом источника 1 постоянного напряжения. Времязадающий элемент 5 может быть выполнен регулируемым, так что процесс восстановления, т. е. поступление на восстанавливаемый источник 8 последовательности импульсов напряжения может происходить в заданном интервале времени. По окончании этого временного интервала электрический выключатель 6, который до того был закрыт, открывается и автоматически прерывается подача последовательности импульсов к восстанавливаемому источнику 8. Устройство восстановления первичных источников напряжения выполняется с возможностью постоянной регулировки тока восстановления в зависимости от внутреннего сопротивления восстанавливаемого источника, и при необходимости этот параметр регулируется автоматически в зависимости от изменяющегося внутреннего сопротивления восстанавливаемого источника в процессе восстановления. Подача напряжения на устройство восстановления идет через подключаемый к сети трансформатор 10. К одному полюсу вторичной обмотки трансформатора 10 подключены два конденсатора 11, 11, а к другому два диода 12, 12, которые вместе образуют работающий известным способом выпрямитель - схему удвоения напряжения. Тем самым образуется низкоомный источник постоянного напряжения для питания дальнейших функциональных частей устройства восстановления. Генерирование и формирование способствующих сильному восстановительному эффекту скачкообразных импульсов происходит в тактовом генераторе 3. Он работает как ассиметричный мультивибратор с транзисторами 13 и 14, который производит и формирует требуемые импульсы с частотой 2-5 Гц. Они направляются через последующие цепи к электронному коммутатору 2 и усиливаются. Затем эти импульсы напряжения подводятся к той части устройства, в которой они могут быть приложены к восстанавливаемым элементам. Для предохранения устройства восстановления и размещенных в нем для восстановления первичных элементов (источников 7 напряжения) коммутатор устройства восстановления может содержать автоматику 15 отключения, которая ограничивает восстановительный процесс заданным временем, например максимум 25 мин. При необходимости процесс восстановления может быть возобновлен новым нажатием кнопки 16 включения времени, и быть активным в течение установленного ранее времени. На фиг. 3 показано изменение выходного напряжения источника напряжения в зависимости от времени подключения к нагрузке 6 Ом, соответствующую току около 250 мА. После примерно 12 ч напряжение источника падает с 1,5 В до 1,2 В. Величина 250 мА отвечает в среднем току, необходимому лампе накаливания, когда она используется в карманном фонаре. Кривая А относится к новому, неиспользованному источнику напряжения, кривая В - к тому же источнику после первого восстановления, кривая С - после второго восстановления После однократного восстановления за время около 20 мин восстановленный при помощи предложенных в изобретении способа и устройства источник дает номинальное напряжение около 1,5 В. Изменение напряжения восстановленного источника напряжения при вышеуказанных параметрах после 12 ч подключения к нагрузке показано кривой В, которая почти совпадает с кривой А напряжения нового источника. Еще одно восстановление при помощи описанных в изобретении способа и устройства за время 20 мин опять ведет к номинальному напряжению около 1,5 В, причем при тех же параметрах кривая С незначительно отличается от кривых А и В. Опыты показали, что обычные первичные источники напряжения хорошего качества могут быть как минимум десятикратно восстановлены вышеописанным способом без падения мощности. Предложенным в изобретении способом достигается то, что действие протекающих внутри первичного элемента химических и электрохимических реакций реверсируется. Нормальная электрохимическая реакция при подсоединенном электрическом потребителе такова, что на электродах появляются отложения, оказывающие изолирующее действие. Посредством предложенных в изобретении способа и устройства электроды освобождаются от изолирующих отложений, благодаря чему снова достигается первоначальная мощность и емкость элемента. На фиг. 4 показано гнездо для нескольких восстанавливаемых первичных элементов. Можно вставлять туда различные первичные элементы и восстанавливать их по одному или одновременно. Следует указать, что предложенные в изобретении способ и устройство могут быть использованы не только для восстановления первичных источников напряжения, но и для быстрой зарядки вторичных источников, т. е. различных типов аккумуляторов. Предложенные в изобретении способ и устройство восстановления первичных источников посредством подачи электрической энергии в виде импульсов напряжения с определенными временем, амплитудой и частотой оказываются весьма эффективными для зарядки вторичных источников. 4 Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 5

МПК / Метки

МПК: H02J 7/10

Метки: способ, осуществления, устройство, элементов, источников, виде, восстановления, первичных, напряжения

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/5-3460-sposob-vosstanovleniya-istochnikov-napryazheniya-v-vide-pervichnyh-elementov-i-ustrojjstvo-dlya-ego-osushhestvleniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Способ восстановления источников напряжения в виде первичных элементов и устройство для его осуществления</a>

Похожие патенты