Учебно-исследовательский проект “Пьезогенераторы – новые источники электроэнергии. Фантазии или реальность?”
МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«ЦЕНТР ОБРАЗОВАНИЯ г.ПЕВЕК»
Учебно-исследовательский проект
Пьезогенераторы – новые источники электроэнергии. Фантазии или реальность?
Автор работы:
ученица10 класса
Плотникова Марина
Руководитель:
учитель физики
Вигантс Яна Валентиновна.
Певек
2018
Оглавление
Введение 2
Актуальность проблемы 2
1.Теоретическая часть:
1.1. Что такое пьезоэлектрический эффект? 2
1.2. Виды пьезоэлектрического эффекта 3
1.3. Пьезоэлектрические материалы 4
1.4. Пьезоэлектрические устройства 4
1.
5. Практическое использование 6
2.Практическая часть:
2.1
3. Рекомендации.
4. Заключение
6. Используемые ресурсы
7.Приложения.
Введение.
«Никакой вид энергии не обходится так дорого, как её недостаток». Гоми Баба.
Актуальность проблемы.
Потребление энергии является обязательным условием существования человечества. Наличие доступной для потребления энергии всегда было необходимо для удовлетворения потребностей человека, увеличения продолжительности и улучшения условий его жизни.
Энергетический кризис – явление, возникающее, когда спрос на энергоносители значительно выше их предложения.
Человек всегда будет стремиться обладать как можно большим количеством энергии, обеспечивающим движение вперед. Не всегда наука и техника дадут ему возможность получать энергию во всевозрастающих объемах. Быстро растущая доля и важность возобновляемых источников вызывают появление новых технологий в производстве энергии.
Одна из таких экологичных технологий получения энергии — пьезоэлектрические напольные покрытия.
Объект исследования:альтернативный источник энергии – пьезогенератор.
Предмет исследования:виды, а также способы применения пьезогенераторов на практике. Суть пьезо эффекта.
Гипотеза: Пьезогенераторы могут стать новым источником энергии. Возможно, это более выгодно, чем существующие способы получения энергии.
Цель исследования: рассмотреть пьезогенераторы как альтернативный источник энергии, все преимущества и недостатки. Пропаганда разумного энергопотребления.
Для достижения поставленной цели мы поставили перед собой следующие задачи:
По литературным и прочим источникам изучить историю открытия пьезоэффекта.
Изучить суть этого эффекта.
Изучить устройство приборов, работа которых основана на пьезоэффекте.
Выявить положительные и отрицательные стороны использования пьезо генераторов как альтернативного источника электроэнергии.
Провести исследование того, смогут ли пьезогенераторы быть выгоднее, чем нынешний способ получения электроэнергии, на примере МБОУ «Центр образования» г. Певек.
Дать рекомендации по разумному использованию электроэнергии.
1.Теоретическая часть.
1.1.Что такое пьезоэлектрический эффект?
Пьезоэлектричество было открыто в 1880 году братьями Жаком и Пьером Кюри. Они заметили, что при давлении на кварц или отдельные кристаллы образуется электрический заряд. Позже это явление получило название пьезоэлектрического эффекта.
Вскоре братья Кюри открыли обратный пьезоэлектрический эффект. Это было после приложения к материалу или кристаллу электрического поля, которое привело к механической деформации объекта.
Термин пьезоэлектричество происходит от греческого слова «пьезо», что обозначает сжатие.
1.2.Виды пьезоэлектрического эффекта
Прямой пьезоэлектрический эффект
Пьезоэлектрический материал (керамический или кристаллический) помещают между двумя металлическими пластинами. Для генерации электрического заряда необходимо приложить механическое усилие (сжать или разжать). При приложении механического усилия на металлических пластинах начинает скапливаться электрический заряд (приложение №1).
Таким образом, пьезоэлектрический эффект действует как миниатюрный аккумулятор. Микрофоны, датчики давления, гидролокаторы и другие чувствительные устройства используют этот эффект для своей работы.Пьезоэлектрический кристалл превращает энергию вашего голоса в электрический сигнал, с которым могут работать смартфоны, компьютеры и другие электронные устройства.
Обратный пьезоэлектрический эффект
Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в том, что при приложении электрического напряжения к пьезоэлектрическому кристаллу произойдет механическая деформация тела, под которой оно будет расширяться или сжиматься (приложение №2).
Обратный пьезоэлектрический эффект значительно помогает при разработке акустических устройств. Примером могут послужить звуковые колонки, сирены, звонки. Преимущества таких динамиков в том, что они очень тонкие, а это делает их практически незаменимыми при использовании в мелких устройствах, например, в мобильных телефонах. Также этот эффект часто используют в медицинских ультразвуковых и гидроакустических датчиках.
1.3.Пьезоэлектрические материалы
Данные материалы должны производить электрическую энергию из-за механических воздействий, таких как сжатие. Также эти материалы должны деформироваться при приложении к ним напряжения.
Данные материалы условно разделяют на две группы – кристаллы и керамические изделия. ЦТС (известный как цирконат-титанат свинца), титанат бария, ниобат лития – примеры искусственных пьезоэлектрических материалов, обладающих более ярко выраженным эффектом, чем кварц и другие природные материалы.
Кварц – первый известный пьезоэлектрический материал.
ЦТС способен вырабатывать гораздо большее напряжение при одинаковой деформации. Соответственно при обратном эффекте он склонен к большей деформации при одном и том же напряжении. ЦТС производится при высоких температурах с двух химических элементов – свинца и циркония, с добавлением химического соединения под названием титанат. Химическая формула ЦТС Pb[Zr(x)Ti(1-x)]O3. Он широко используется для производства ультразвуковых преобразователей, керамических конденсаторов, датчиков и других электронных устройств. Он также имеет специфический диапазон различных свойств. Впервые был изготовлен в 1952 году в Токийском технологическом институте.
Титанат бария представляет собой сегнетоэлектрический керамический материал с пьезоэлектрическими свойствами. По этой причине титанат бария использовался в качестве пьезоэлектрического материала больше, чем другие. Титанат бария был открыт в 1941 году во время Второй мировой войны и имеет химическую формулу BaTiO3.
Ниобат лития – соединение, сочетающее в себе кислород, литий и ниобий. Имеет химическую формулу LiNbO3. Как и титанат бария, является сегнетоэлектрическимкерамическим материалом.
Сегноэлектрики – это кристаллические полупроводники, обладающие в определенном диапазоне температур спонтанной поляризацией, которая существенно изменяется под влиянием внешних воздействий. Поляризация – процессы и состояния, связанные с разделением каких-либо объектов, возникшие при отсутствии внешнего электрического поля.
1.4.Пьезоэлектрические устройства
Многие современные электронные устройства используют пьезоэлектрический эффект для своей работы. Например, при использовании некоторых устройств распознавания звука микрофоны, которые они используют, работают на основе упомянутого выше эффекта.Создание некоторых продвинутых технологий тоже стало возможно благодаря пьезоэлектрическому эффекту.
Гидролокатор
Гидролокатор был изобретен в 1900-х годах Льюисом Никсоном. Первоначально он использовался для обнаружения айсбергов. Однако интерес к нему очень сильно возрос в период Первой мировой войны, где он использовался для обнаружения подводных лодок. В наше время гидролокатор является распространенным прибором с большим количеством различного рода применений.
А принцип работы довольно прост – передатчик, который использует обратный пьезоэлектрический эффект, посылает звуковые волны в определенном направлении. При попадании волны на объект она отражается и возвращается обратно, где ее обнаруживает приемник (приложение №3).
Приемник, в отличии от передатчика, использует прямой пьезоэлектрический эффект. Он преобразует возвращаемую отраженную звуковую волну в электрический сигнал и передает его в электронную систему, которая и будет производит дальнейшую обработку сигнала. Расстояние от источника сигнала до определяемого объекта вычисляется на основании временных характеристик сигналов передатчик – приемник.
Пьезоэлектрические исполнительные устройства
Работа привода довольно проста – под воздействием приложенного к материалу напряжения происходит его расширение или сужение, которое и приводит привод в движение (приложение №4).
Например, некоторые вязальные машины используют этот эффект для своей работы благодаря его простоте и минимальному количеству вращающихся частей. Такие приводы применяются даже в некоторых видеокамерах и мобильных телефонах в качестве приводов фокусировки.
Пьезоэлектрические громкоговорители и зуммеры
Такие устройства используют обратный пьезоэлектрический эффект для создания и воспроизведения звука. При подаче напряжения к динамикам и зуммерам он начинает вибрировать и таким образом генерирует звуковые волны.
Пьезоэлектрические динамики обычно используют в будильниках или других несложных акустических системах для создания простой аудиосистемы.
Эти ограничение вызваны частотой среза данных систем.
Пьезодрайверы
Пьезо драйверы могут преобразовывать низкое напряжение батареи в высокое для питания силовых пьезоэлектрических устройств. Пьезо драйверы помогают инженерам создавать большие значения синусоидального напряжения (приложение №5).
Пьезо драйвер будет получать низкое напряжение от батареи и повышать его с помощью усилителя. Осциллятор будет подавать на вход драйвера синусоидальное напряжение малой амплитуды, которое в последующем будет повышено пьезо драйвером и отправлено на пьезо устройство.
1.5.Практическое использование
Созданы экспериментальные установки, которые позволяют получать электроэнергию за счет использования кинетической энергии. Есть идеи в ближайшем будущем создать специальные “зеленые тренажерные залы”, в которых группа спортивных тренажерных велосипедов сможет, по словам производителей, генерировать до 3,6 мегаватт возобновляемой электроэнергии в год.
Сегодня известно несколько примеров практического использования подобной энергии. На станции метро «Марунучи» в Токио установлены пьезогенераторы в зале для приобретения билетов.Скопления пассажиров хватает для управления турникетами.
В Лондоне, в элитной дискотеке, пьезогенераторы питают несколько ламп, которые стимулируют танцующих и …продажу прохладительных напитков. Стали обыденными пьезоэлектрические зажигалки. Сейчас любой курильщик носит в кармане собственную «электростанцию».
Кто производит пьезопокрытия
Несколько корпораций по всему миру уже объявили о разработке и выпуске первых элементов пьезоэлектрического покрытия. Вот примеры некоторых ведущих производителей:
PavegenSystems– разработчик, который продвинулся в создании “умных напольных плит” дальше всех. Одна плитка Pavegen генерирует 4 Вт энергии при каждом шаге. 12 плиток, установленных на лондонской станции метро Вест-Хэм, за день вырабатывают столько электроэнергии, что ее хватает для освещения станции на протяжении ночи.
Пьезоплитки этой компании установлены более чем в 30 странах мира. Производитель надеется, что революционный, экологически чистый продукт в дальнейшем будет внедряться более активно, существенно сокращая выбросы в атмосферу углекислого газа, а также повышая энергоэффективность больших городов по всему миру. Лондонские власти уже применяют свое ноу-хау в школах и на вокзалах, где плитка является источником электроэнергии для светодиодных ламп.
Veranu – этот итальянский производитель выпускает плитку SmartEnergyFloor (SEF), которая изготавливается из особого чувствительного пластика. Ее конструкция предназначена для “скрытой” установки и интеграции “в пол”. Пластик получается экологически чистым, простым в обслуживании и переработке;
EnergyFloors – здесь производят одни из самых “чувствительных” плит, встраиваемых в танцпол. Когда на них наступает человек весом 80 кг, плита прогибается на 10 мм, генерируя 15-25 Вт электроэнергии. Правда, некоторые независимые ресурсы не считают эту плитку пьезогенератором в чистом виде.
От энергетического танцполаEnergyFloor можно обеспечивать электричеством акустические, а также световые устройства. Конечно, мощные аудиоколонки танцующие люди запитать не смогут, но вот светодиодную систему освещения ночного клуба – вполне.
Каждый пол EnergyFloor состоит из отдельных ячеек, а потому может быть адаптирован производителем под любые размеры танцпола в заведении. Первый такой пол был собран в ночном клубе TempleNightClub в американском городе Сан-Франциско несколько месяцев назад, и опыт его эксплуатации за это время показал, что подобная установка может заметно экономить энергетические расходы в подобном заведении.
Российский аналог
В России теперь есть аналогичное изобретение. Профессор Тимофей Лупейко разработал прибор, способный от низкочастотной вибрации вырабатывать электроэнергию мощностью до десятой ватта за одну генерацию. До этого речь шла о милливаттах. Дело в том, что пьезощагогенератор работает на основе созданного в университете нового пьезоактивного материала.
Это мини-прорыв к превращению в электроэнергию движения проезжающих автомашин и пешеходов.
Теперь задача ученых в том, чтобы, используя новый способ пьезогенерации, суметь адаптировать нагрузку, равную весу человека и транспорта, для чего необходимо скомпоновать в единый блок большое число элементов и добиться, чтобы они работали как одно целое. Сам элемент похож на пятирублевую монету. Это шаг к разработке пьезогенераторов, способных превращать в электроэнергию движение пешеходов и проезжающих автомашин, генераторов, имеющих большой срок службы и способных вырабатывать, например, альтернативную энергию для освещения труднодоступной местности. Пьезошагогенератор по сути превращает вибрацию в электроэнергию.
— Вибрация так же всеобща, как температура. Частички вируса, например, находятся в тепловом движении, его интенсивность и есть их температура. Движение, аналогичное тепловому, на макроуровне — вибрация, вибрирует все: транспорт, здания, станки.
Человеческий шаг — 1 цикл вибрации. В Израиле уже пробовали встраивать под дорожное полотно пьезоэлементы. Они говорят, что от движения транспорта можно получить до 20% всей потребляемой энергии в городе. Но пока это пробные эксперименты, есть проблемы с ограниченным сроком службы их преобразователей, да и стоимость такой энергии пока в 5−7 раз выше стоимости энергии, получаемой от ТЭЦ, — рассказал профессор.
Изобретение пьезошагогенератора — шаг в будущее. Такие приборы будут вырабатывать электроэнергию для освещения улиц города Ростова-на-Дону,где сейчас трудится профессор. Однако пока мощность этой машины мала. Профессор намерен ее увеличить, однако пока это остается в «секрете изобретателя».
«Умные полы»
Пьезополы были разработаны для того, чтобы расходовать энергию, получаемую “из воздуха” (а точнее, преобразуя кинетическую энергию в электрическую). И направлять ее туда, где она действительно необходима. При этом, что интересно, количество и скорость выработки электричества будут зависеть от параметров человека – веса, скорости и интенсивности ходьбы.
Иными словами, атлет весом 100 кг, который несколько раз пробежит по такому покрытию, сможет выработать максимальное количество энергии.
Сейчас ученые разрабатывают гибкие и прочные материалы, которые будут производить максимум энергии.
Устанавливать пьезоэлектрические полы целесообразно в местах с интенсивным пешеходным движением. Это могут быть популярные экскурсионные “тропы”, залы торговых центров, школы, больницы, аэропорты, университеты, танцевальные залы и т.д. В будущем генерирующие электричество покрытия смогут прокладывать на автострадах, паркингах и стоянках, ведь масса автомобиля в любом случае больше массы человека, поэтому и количество вырабатываемой энергии будет больше.
Со временем умные полы придут на замену традиционному ламинату и линолеуму.
Полезные стельки
Ресурсоэффективная стелька с подогревом PowerInsole 2.0, разработанная студентом Томского политехнического университета (ТПУ), не только не даст замерзнуть ногам зимой, но и зарядят мобильный телефон.
Стелька заряжается при ходьбе, от энергии своего владельца. Такая инновация удобна для полярников, туристов, вахтовиков, работающих в экстремальных условиях.
«Такая стелька окажется полезна для людей, работающих в условиях Крайнего Севера. Им приходится много времени проводить на открытом воздухе, что может негативно сказаться на их здоровье»,— рассказывает автор разработки, студент Энергетического института (ЭНИН) Томского политехнического университета (ТПУ) Николай Волохов, дополнительно обучающийся по системе элитного технического образования вуза, в рамках которой реализует свой проект.
«Известно, что человек, сам по себе, является источником большого количества энергии. Испытания работы данной схемы показали, что в среднем за 40 — 50 минут ходьбы наше тело выделяет примерно 400 мАч(миллиампер-час — единица измерения емкости аккумуляторных батарей). Это достаточно приличный объем энергии», — отмечает студент.
От энергии тела человека устройство заряжается, благодаря пьезоэлементам, которыми оно оснащено.
Пьезоэлементы реагируют на давление ноги, возникающее в тот момент, когда человек делает шаг. Устройство «снимает» с ноги человека возникающую в результате давления нагрузку. Таким образом, мы получаем свою же энергию назад в виде тепла.
«Особенностью пьезогенераторов является способность выдавать относительно большое напряжение при малом токе, что и делает нашу стельку ресурсоэффективной», — говорит студент. — Кроме того, опытнымпьезоэлементы расположили на тех участках стельки, где они вырабатывают наибольшее количество энергии” (приложение №8).
Первый опытный прототип ресурсоэффективной стельки в настоящее время уже создан. Сейчас студент работает над созданием второго, более усовершенствованного образца.
Устройство политехников недорогое и ресурсоэффективное. Элементы питания размещены внутри стельки и носить их в кармане не нужно.
Управлять работой и осуществлять контроль заряда устройства можно будет с помощью специального приложения в смартфоне.
Это позволит отказаться от ношения дополнительных устройств и пультов, легче управлять работой стельки, благодаря удобному и понятному интерфейсу.
Пользователь сможет самостоятельно настраивать устройство в зависимости от своих текущих потребностей. Использование распространенного и популярного стандарта индуктивной беспроводной зарядки Qi позволяет отказаться и от неудобной потребности извлекать стельки из обуви.
«Накопление энергии во внутреннем аккумуляторе с помощью пьезогенераторов дает устройству дополнительную автономность посредством накопления электроэнергии в стельке, которая вырабатывается в ней при ходьбе, что позволят отказаться от ежедневной зарядки, а при умеренном использовании и от зарядки вообще, — говорит Николай. — Экономя расход энергии, мы решаем еще одну важную проблему для людей, работающих в экстремальных условиях — проблему подзарядки мобильного телефона. Той энергии, которую вырабатывают пьезоэлементы, хватит и на то, чтобы поддерживать тепло в обуви, и на то, чтобы зарядить мобильный телефон.
Устройство будет оснащено универсальным кабелем для подзарядки».
От зажигалок перейдем к задаче получения энергии в промышленных масштабах
Пусть будут использованы наиболее эффективные элементы, генерирующие 10 милливатт на элемент. Собранные в кластеры (группы) по 100-200 элементов, они помещаются под полотно дороги. Тогда для получения заявленной величины мощности порядка 1 МВт на километр дороги потребуется всего… 100 миллионов отдельных элементов с индивидуальными схемами съема энергии. Остается еще задача ее суммирования, преобразования и передачи потребителю. При этом токи элементов, учитывая изменяющуюся нагрузку на дорожное полотно, будут лежать в диапазоне нано или даже пикоампер.(нано – 10-9, пико – 10-12)
Знакомясь с подобными проектами получения энергии от пьезоэффекта, невольно напрашивается аналогия с гидроэлектростанцией, в которой турбины работают от влаги утренней росы, бережно собранной с окрестных полей.
2. Практическая часть
2.1. Расчеты
Стоимость 1 плитки фирмы PavegenSystemsсоставляет 70-80 $.
24 плитки занимают 5 м2
Мы сделали расчеты для коридора на входе в столовую:
Площадь этого «коврика» составила бы 2,5 м2, для покрытия которого необходимо 12 плиток общей стоимостью примерно 1000$. Каждый человек делает примерно 16 шагов в день по этому пространству, средняя длина шага около 0,6 м. За каждый шаг вырабатывается примерно 4 Вт·с энергии. Для 600 человек вырабатывается столько энергии:
600 чел * 16 шагов * 4 Вт·с = 38400 Дж
38400 / 1000 / 3600 = 0, 011 кВт·ч = 11 Вт·ч
Выводы
Этого количества, конечно, не хватит для того, чтобы сэкономить много денег, ведь неизвестно, когда это может окупиться и окупится ли вообще. Но этой энергии достаточно для того, что в небольшом подсобном помещении целый час горела лампочка.
3. Рекомендации
Если говорить о применении пьезоплитки в нашей школе, то наиболее целесообразной будет ее установка в коридорах начальной школы, ведь ее ученики могут набегать за перемену столько энергии, что ее хватит на освещение этого же коридора. Впрочем, и более старшие классы тоже иногда могут набегать достаточное количество энергии для освещения.
Наша школа заботится о сбережении электроэнергии, ведь у нас установлены люминесцентные и энергосберегающие лампы. Но электричество можно беречь еще больше.
Например, если установить датчики движения в туалетах. Как показывает опыт, существенную экономию электроэнергии в зданиях позволяет достичь установка комплексного автоматизированного контроля и управления системами электроосвещения.
В дежурном режиме многие электроприборы потребляют большое количество энергии. Поэтому, уходя на длительный срок или на ночь, аппаратуру рекомендуют отключать совсем.
«Уходя, гасите свет» – это стоит делать только в том случае, если вы уходите более чем на 10-15 минут. Дело в том, что лампы перегорают именно в момент включения. А на изготовление новой лампы требуется гораздо больше энергии, чем вы сэкономите, часто выключая ее на короткое время.
Необходимо также периодически чистить лампы от пыли и грязи, снижать уровень освещенности в коридорах и туалетах.
И необходимо помнить: гораздо лучше сэкономить одну единицу энергии, чем создать новую. Сберегая энергию дома или в школе, мы сокращаем потери энергии при ее транспортировке и производстве
3. Заключение
В ходе исследования мы частично опровергли гипотезу. Пьезогенераторы уже сейчас вполне успешно применяются как источник энергии, но вырабатывают ее в небольшом количестве и локально. На данный момент они не могут стать единственным источником энергии в промышленных масштабах, но могут являться отличным дополнением.
Активно продолжается улучшение эффективности пьезопокрытий.
Тонкая пьезоэлектрическая пленка на оконном стекле, поглощающая шум улицы и преобразующая его в энергию для зарядки телефона. Плотные потоки автомобилей на оживленных трассах, вырабатывающие мегаватты электроэнергии, которой хватает для целых городов и поселков.
Фантастика? К сожалению, пока да. Но сейчас это направление активно разрабатывается.
4. Используемые ресурсы:
http://elenergi.ru/chto-takoe-pezoelektricheskij-effekt.html
http://yug.svpressa.ru/society/article/97182/
https://sdelanounas.ru/blogs/65728
http://www.keramogranit.ru/news.energogeneriruyushchaya-plitka-pavegen-na-parizhskom-marafone-2013.html
http://www.innoros.ru/news/foreign/16/05/umnaya-plitka-ot-pavegen-sposobnaya-vyrabatyvat-elektroenergiyu
http://electrik.
info/main/news/652-pezogeneratory-novye-alternativnye-istochniki-elektroenergii.html
http://www.novate.ru/blogs/030513/22960/
http://altenergiya.ru/novosti/piezoelectric-flooring.ht
http://yug.svpressa.ru/society/article/97182/
https://sdelanounas.ru/blogs/65728
http://yug.svpressa.ru/society/article/97182/
Приложение №1.
Прямой пьезоэлектрический эффект.
Приложение № 2.
Обратный пьезоэлектрический эффект.
Приложение №3.
На рисунке ниже показан принцип работы гидролокатора.
Приложение №4.
Работа силового привода на основе пьезоэлектрического эффекта.
Приложение №5.
Блок-схема, показывающая принцип работы пьезо драйвера.
Приложение №6
Пъезоэлектрическая зажигалка
Авторы патента:
ШМУЭЛЬСОН ИЛЬЯ ЭМИЛЬЕВИЧ
КОСТРЮКОВ ВИКТОР АЛЕКСЕЕВИЧ
СМИРНОВ ИГОРЬ ВАСИЛЬЕВИЧ
F23Q3 – Устройства для зажигания с использованием электрической искры (запальные свечи H01T 13/00)
Союз Советских
Социалистичесеа еаспублик
О П И С А Н И Е ((()672447
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДВТЕЛЬСТВУ (61) дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.12.77 (21) 2560548/28-06 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл .
F 23 Q 3/00
Государственный квинтет сссР оо делам иэаорвтений н открытий
Опубликовано 05.07.79. Бюллетень № 25
Дата опубликования описания 15.07.79 (53) УДК 621.3.
032.43 (088,8) (72) Авторы изобретения
И. Э. Ш муэльсон, В. А. Кострюков и И. В. Смирнов
Всесоюзный научно-исследовательский и экспериментально-конструкторский институт торгового маш иностроения (71) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЗАЖИГАЛКА
Изобретение относится к средствам зажигания газовых горелок, в частности горелок бытовых и ресторанных плит, водонагревателей и других газовых приборов, используемых в бытовом и коммунально-бытовом хозяйстве.
Известна пьезоэлектрическая зажигалка, содержащая корпус, в котором установлен снабженный ударным механизмом блок пьезоэлементов, подключенный к игольчатому электроду, и разрядник, образующий выходную камеру (1).
Однако в известной пьезоэлектрической зажиг! к(нс достигается стабильность зажигания из-за ненадежной подачи газовоздушной сч си в разрядную камеру и отсутствие фиксации положения последней относительно огневых отверстий горелки.
Целью изобретения является повышение надежности воспламенения.
Указанная цель достигается тем, что разрядник снабжен упорным козырьком, а выходная камера выполнена в виде диффузора.
На фиг. 1 изображена зажигалка, общий вид; на фиг. 2 — то же, продольный разрез; на фиг. 3 — сечение А — А фиг. 2; на фиг. 4
2 разрядник зажигалки с газовой горелкой; на фиг 5 — то же, вид сверху.
Зажигалка содержит корпус 1 с установленным в нем ударным механизмом 2 и блоком 3 пьезоэлементов, подключенным к электроду 4, и разрядник 5, образующий выходную камеру 6.
На разряднике 5 установлен козырек 7.
При работе пьезоэлектрической зажигалки, последняя упорным козырьком 7 опирается на горелку 8. Газовоздушная смесь, 10 истекая из огневых отверстий 9 горелки 8, направляемая козырьком 7, проходит в образованную разрядником 5 выходную камеру б, выполненную в виде диффузора. С помощью ударного механизма 2 производится
15 удар по блоку пьезоэлементов 3. Один полюс блока 3 подключен к электроду 4, другой через корпус 1 к разряднику 5. При возникновении на полюсах блока 3 пьезоэлементов разности потенциалов, между электродом 4 и разрядником 5 возникает искра, которая
20 воспламеняет газовоздушную смесь.
Размер камеры 6 на ее выходе превышает шаг расположения огневых отверстий 9 горелки 8, что обеспечивает стабильную пода67244
Формула изобретения
Юиг.2
А-А
Фиг.3
Составитель Э. Языков
Редактор М. Васильева Техред О, Луговая Корректор О. Ковинская
Заказ 3867/38 Тираж 648 Подписное
ЦН ИИ П И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб.
, д. 4/5
Филиал П П П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 чу газовоздушной смеси в выходную камеру
6 разрядника 5 при любой установке зажигалки на горелке 8.
Предлагаемая зажигалка обладает высокими показателями стабильности зажигания на горелках тепловых аппаратов.
Пьезоэлектрическая зажигалка, содержащая корпус, в к отором установлен снаб- 16
4 женный ударным механизмом блок пьезоэлементов, подключенный к игольчатому электроду, и разрядник, образуюший выходную камеру, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности воспламенения, разрядник снабжен упорным козырьком а выходная камера выполнена в виде диффузора.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент Франции № 2121627, кл. F 23 Q 3/00, 1972.
Похожие патенты:
Устройство обнаружения и восстановления пламени // 657220
Пъезоэлектрическая зажигалка // 649928
Электрозапальник // 613165
Ударный механизм пьезоэлектрической зажигалки // 595592
Пьезоэлектрическое запальное устройство // 578909
Устройство для воспламенения топлива // 556282
Устройство для зажигания огнеструйных горелок // 553399
Газоэлектрический запальник // 544834
Запальник // 443231
Устройство для зажигания и контроля пламени газовой горелки // 412436
Зажигалка розанова и.
н. // 2120085
Выборочно включаемый пьезоэлектрический запальный механизм // 2199797
Изобретение относится к пьезоэлектрическому запальному механизму газовых зажигалок, горелок и т.п
Способ изготовления электрооборудования, заключенного в уплотненную или герметичную оболочку // 2300816
Изобретение относится к технологии изготовления электрооборудования, эксплуатируемого на летательных аппаратах, в частности агрегатов зажигания авиационных газотурбинных двигателей и жидкостных ракетных двигателей, и может также быть использовано для изготовления изделий с применением пенопластов, к которым предъявляются повышенные требования к термостойкости и вибропрочности
Горелка для смазки формы для стеклянной посуды // 2413133
Изобретение относится к искровому зажиганию поступающих из горелки газов для осаждения сажи на контактирующих со стеклом поверхностях формы для формирования стеклянной посулы
Компактное устройство зажигания газа для электробытовых приборов, в частности для кухонных плит // 2415340
Изобретение относится к устройству зажигания газа, предназначенному для оснащения электробытовых приборов, например кухонных плит, и обеспечивает при своем использовании простоту сборки и высокую экономическую эффективность
Электронное устройство газового запальника и интегрированный коробоподобный выводной щиток, характеризующийся кабельным зажимом, в частности, для электрических бытовых приборов // 2422729
Изобретение относится к электронному устройству газового запальника
Фиксация в трех точках поджигающих электродов горелки // 2457399
Изобретение относится к горелке, используемой в газовой турбине
Кухонная зажигалка на сжиженном газе // 2058509
Устройство электророзжига // 2063579
Электрод к устройству для зажигания газовой горелки // 2068156
Изобретение относится к основным элементам электрического оборудования, а именно к устройствам для зажигания с использованием электрической искры, а более конкретно к свечам зажигания, отличающимся по типу применяемых электродов или изоляционных материалов
Как сделать пьезоэлектрический воспламенитель
Если вы являетесь поклонником ружей, фейерверков или просто любите зажечь искру, эта статья будет вам полезна.
Какой бы ни была ваша причина, вам понадобится больше информации о том, как сделать пьезоэлектрический воспламенитель, потому что это самый надежный (и самый научный) способ искрового разряда. Конечно, это может показаться натянутым, но это также прекрасный способ создать мгновенную электрическую искру — используйте эту информацию по своему усмотрению.
Домашние пивовары, мы говорим с вами. Мы знаем, насколько трудным может быть переход от заваривания на кухне к завариванию на открытом воздухе. Вы сталкиваетесь с несколькими препятствиями, такими как ветер, дующий или обжигающий пальцы длинноносой бутановой спичкой. Пьезоэлектрические воспламенители могут помочь поддерживать процесс варки и быстрее пить вкусное пиво.
Начнем с того, что покажем вам все материалы, которые вам понадобятся. Тогда мы расскажем вам, как сделать свой воспламенитель. После этого вы можете готовить на открытом воздухе, готовиться к Четвертому или приспособить старый игровой куб к ракетной установке.
Мы не судим!
И не стесняйтесь посетить наш веб-сайт для получения более интересных руководств.
Без лишних слов, маленький ученый, вот как сделать пьезоэлектрический воспламенитель.
Что такое пьезоэлектрический воспламенитель?
Во-первых, пьезоэлектрические воспламенители — это те же воспламенители, которые используются в газовых грилях и специальных зажигалках. Пьезоэлектрический воспламенитель запускается нажатием кнопки, поэтому, если вы когда-либо использовали искровой воспламенитель газового гриля с нажатием кнопки вместо традиционных спичек, скорее всего, он пьезоэлектрический.
Почему это может иметь для вас значение? Эти воспламенители не требуют внешнего электрического тока. Если вы готовите на открытом воздухе, вы можете столкнуться с общей проблемой, связанной с тем, что ваши пропановые горелки не задует ветер. Модифицированный модуль пьезоэлектрического воспламенителя может значительно облегчить это напряжение.
Что вам потребуется
- Зажигалка для гриля
- Отвертка
- Проволока
- Припой
- Медные зажимы типа «крокодил»
- Руки помощи 909021 Лента0022
- Защитные очки
- Перчатки (дополнительно)
Шаг первый.
Откройте зажигалкуНачнем с пустой зажигалки. У большинства людей где-то на кухне валяется зажигалка; вам понадобится старый пустой.
С помощью отвертки отвинтите заднюю часть зажигалки, чтобы открыть ее внутреннюю часть. Вам нужно будет использовать какую-нибудь плоскую отвертку, чтобы поддеть оболочку трубки.
Шаг второй: Разберите зажигалку
Сняв заднюю часть зажигалки, вы увидите пустую топливную канистру, предохранительный запирающий механизм и блок пьезоэлектрического воспламенителя в верхнем углу.
Снимите его длинное сопло, осторожно отделив его от сплошной проволоки и сдвинув вверх. Затем снимите пластиковую заглушку с конца шланга. У вас останется электрический провод, торчащий из пьезозажигателя.
Шаг третий: снимите бензобак У вас останется полая зажигалка и неповрежденный спусковой крючок.
Шаг четвертый: припаяйте провод
Припаяйте провод к более короткому проводу, прикрепленному к пьезозажигателю.
1.
Нагрейте утюгНагрейте утюг примерно до 600 градусов по Фаренгейту.
2. Стабилизирующие провода
Думайте творчески. Вы хотите, чтобы ваши два провода были как можно стабильнее перед пайкой. Вы можете использовать пару рук помощи, чтобы удерживать их на месте.
3. Очистите утюг
Очень важно хорошо протереть кончик утюга влажной губкой, чтобы удалить все остатки.
4. Нагрев
Нагрев и припаяние небольшого соединения между проводом и коротким проводом, идущим от воспламенителя. Обязательно дайте соединению несколько минут, чтобы остыть.
Шаг пятый: сборка зажигалки
Теперь вам нужно снова собрать зажигалку.
Замените бензобак и наденьте крышки обратно на корпус, но не заменяйте сопло. Убедитесь, что провода выходят из того конца, где была трубка.
Наконец, возьмите эти провода и зафиксируйте их с помощью пары рук.
Шаг шестой: Припаяйте зажимы типа «крокодил»
Припаяйте пару зажимов к концам каждого провода.
1. Используйте ленту
С помощью ленты закрепите концы проводов.
2. Обожгите концы
Рекомендуется поджечь все нейлоновые нити на воспламенителе, чтобы обеспечить лучшее соединение. После этого скрутите концы и приготовьтесь прикрепить зажимы типа «крокодил».
3. Наконечники для пайки
Используя ту же технику, что и выше, припаяйте зажимы к концам. В качестве бонуса вы можете быстро проверить соединение, подключив его к двум параллельным 9-вольтовым батареям.
И вуаля! Вы готовы идти.
Использование пьезозажигателя
Использование в кулинарии
Эти запальники обычно используются в газовых грилях для поддержания устройства в тепле в течение всего времени приготовления. Наряду с этим они используются в газовых плитах для поджигания пламени, в паяльных лампах для разведения огня, в бутановых зажигалках, картофельных пушках и пушках.
Рекреационное использование
Если вы достаточно долго блуждаете по Интернету, вы обнаружите, как творчески люди подходят к пьезозажигателям.
Наиболее распространенное использование вне кухни — ракетные установки и самодельные электрические спички. Вы можете найти несколько видеороликов на Youtube, показывающих, как установить воспламенитель на обычные предметы домашнего обихода, превратив их в ракетные пусковые установки. Всегда соблюдайте осторожность, экспериментируя с металлами при такой высокой температуре.
Альтернативный метод
Большинству людей нравятся пьезозажигатели из-за их консистенции. Дождь или другие стихии могут быстро рассеять пламя, что затруднит поддержание огня. Если вы занимаетесь домашним пивоварением, то знаете, как утомительно поддерживать постоянное пламя.
Пьезозапальники пригодятся, поскольку они постоянно производят искру по требованию. Вы также можете инвестировать в воспламенитель, если вам трудно использовать спички и зажигалки.
Еще одна причина, по которой вы можете захотеть сделать свой пьезоэлектрический воспламенитель, заключается в том, что он вечен и может дать вам заметные результаты.
В отличие от спичек, которые рано или поздно гаснут, воспламенителя хватит на всю жизнь.
Часто задаваемые вопросы
Сколько вольт у пьезоэлектрической зажигалки?
Большинство воспламенителей работают под высоким напряжением около 800 вольт — это очень много вольт, проходящее через такое маленькое отверстие для производства электричества.
Срок годности пьезозажигателей истекает?
Пьезовоспламенители не испортятся, пока кристалл и молоток остаются целыми. Если у вас есть эти два компонента, у вас есть воспламенитель! Большинство людей хранят свои воспламенители как минимум десять лет. Это гораздо более экономичный вариант, чем постоянно покупать коробок спичек.
Как проверить пьезовоспламенитель?
Для устранения неполадок с пьезоподжигом вам сначала понадобятся хорошие плоскогубцы. Подсоедините воспламенитель к электроду и держите его на расстоянии полдюйма от корпуса нагревателя. Если он производит искру, воспламенитель в порядке.
Если нет, значит, его нужно заменить.
Нужно ли заземлять пьезовоспламенитель?
В большинстве случаев нет. Современные воспламенители, производимые сегодня, требуют минимального заземления, но вы всегда должны принимать дополнительные меры предосторожности с самодельными изделиями.
Можно ли сделать пьезоэлектрический воспламенитель из чего-нибудь еще?
Вы можете установить воспламенитель, используя предметы домашнего обихода, такие как зажигалки для гриля, зарядные устройства для телефонов, датчики дыма и электрические зубные щетки.
Как работает пьезоэлектрическая зажигалка?
Пьезоэлектрическая зажигалка — это устройство, использующее уникальную форму электрической энергии для создания искры, которая затем используется для зажигания пламени.
Эта электрическая энергия создается путем преобразования механической энергии за счет использования пьезоэлектрического материала, чаще всего кварца.
Расслабляющие хобби, которые помогут вам восстановить…
Включите JavaScript
Расслабляющие хобби, которые помогут вам зарядиться энергией
Этот материал способен генерировать электрический ток при физической деформации. Для создания искры зажигалка будет оснащена подпружиненным молотком, который ударяет по кристаллу кварца при нажатии кнопки.
Это приводит к изгибу кварца, который затем вырабатывает электричество, в результате чего возникает искра, которая используется для воспламенения топлива, такого как бутан или пропан. Искра выходит из кварцевого кристалла и направляется к источнику топлива через электромагнит, который зажигается создаваемым электрическим током.
Затем топливо создает пламя, которое можно использовать для зажигания сигарет, сигар и т. д.
Содержание
Какой пьезоэлектрический материал используется в зажигалке?
Пьезоэлектрические материалы используются во многих областях, и зажигалка, безусловно, является одной из них. Пьезоэлектрический материал, используемый в зажигалках, представляет собой кристалл кварца. При нажатии или ударе этот кристалл создает электрический заряд, который используется для воспламенения топлива и запуска пламени.
Кроме того, пьезоэлектрические материалы очень устойчивы к теплу, давлению и ударам, что делает их идеально подходящими для высокотехнологичных портативных зажигалок.
Механизм, используемый для активации зажигалки с помощью пьезоэлектричества, довольно прост.
Когда пользователь нажимает на устройство или ударяет по нему, молоток ударяет по кристаллу кварца, создавая электрический заряд. Затем этот электрический заряд используется для воспламенения топлива внутри зажигалки и получения стабильного пламени.
В качестве дополнительного преимущества пьезоэлектрические зажигалки не требуют фитиля или кремня, что делает их отличным выбором для путешествий и активного отдыха.
Нужны ли пьезозажигателям батарейки?
Нет, для работы пьезозажигателей батарея не требуется.
Пьезорозжигатели полагаются на явление, называемое «пьезоэлектричество», для создания искры, когда специальный материал подвергается механическому воздействию.
Пьезозапальники могут генерировать искру при сжатии, постукивании или скручивании, что делает их автономными и независимыми от внешних источников энергии. Это делает их идеальными для различных применений, таких как уличные грили, камины и газовые плиты.
Они не только надежны, но и экономичны, что устраняет необходимость в электропроводке и аккумуляторе.
Вы можете отремонтировать пьезозажигатель?
Да, пьезорозжиг можно отремонтировать.
Шаги, связанные с процессом ремонта, могут различаться в зависимости от конкретного типа вашего пьезозажигателя. Как правило, вам нужно будет начать с осмотра пьезовоспламенителя, выискивая любые признаки повреждения корпуса или проводки.
Затем вам нужно будет проверить искровой разрядник вручную и найти любые признаки коррозии или мусора, которые могут блокировать искру. После этого вам нужно будет проверить, получает ли пьезозажигатель адекватное напряжение питания или есть ли необходимость отрегулировать давление газа.
Наконец, если эти шаги не решают проблему, возможно, потребуется заменить воспламенитель. Для процесса замены вам следует обратиться к инструкциям в руководстве по конкретному продукту и убедиться, что новый пьезоподжиг совместим с вашей системой.
В чем разница между пьезо и электронным зажиганием?
Двумя основными типами систем зажигания, используемых в двигателях внутреннего сгорания, являются пьезо и электронное зажигание.
В пьезосистемах зажигания используются искры высокого напряжения, возникающие при разряде конденсатора через пьезоэлемент, в то время как в электронных системах зажигания используется электронный переключатель для управления подачей тока на свечу зажигания.
Основное различие между двумя системами заключается в том, что электронное зажигание требует использования бортового компьютера, а пьезозажигание — нет. Электронные системы зажигания обеспечивают большую пусковую мощность и могут генерировать более быструю и стабильную синхронизацию зажигания, чем пьезосистемы зажигания, что может помочь улучшить общую производительность двигателя и обеспечить лучшую экономию топлива.
Кроме того, электронное зажигание более надежно, чем пьезорозжиг, поскольку на него не влияют влажность, вибрация или высота над уровнем моря.
В целом электронные системы зажигания обеспечивают более точный контроль над процессом сгорания и по этой причине обычно используются в новых автомобилях.
С другой стороны, пьезосистемы зажигания, которые обычно менее сложны, требуют меньше деталей и более экономичны.
Сколько вольт выдает пьезорозжиг?
Величина напряжения, создаваемого пьезозажигателем, может варьироваться в зависимости от конкретной конструкции и модели воспламенителя. Как правило, большинство пьезозажигателей производят напряжение от 5 000 до 10 000 вольт, а большинство — около 8 000 вольт.
Важно отметить, что хотя воспламенитель вырабатывает напряжение, он не пропускает ток — это означает, что воспламенитель способен производить искру и может вызвать воспламенение, но не вызовет поражения электрическим током.
Как починить пьезоподжиг на барбекю?
Установка пьезоподжига на барбекю может быть относительно простой задачей. Однако перед началом ремонта важно убедиться, что у вас есть все необходимые инструменты и детали. Вот шаги, которые необходимо выполнить при установке пьезоподжига на барбекю:
1. Сначала необходимо снять ручку управления и связанную с ней часть, которая к ней прикреплена.
2. Теперь извлеките старый пьезоэлемент и замените его новым. Обязательно купите подходящую замену, которая имеет то же напряжение и мощность, что и оригинал.
3. Подсоедините провода к новому элементу и убедитесь, что они надежно закреплены.
4. После того, как соединения будут надежно закреплены, снова соберите ручку и связанную с ней деталь.
5. Наконец, перед использованием обязательно проверьте соединения и проверьте пьезорозжиг.
Выполнение этих основных действий должно помочь вам починить пьезоподжиг на барбекю. Если у вас по-прежнему возникают проблемы с зажиганием, рекомендуется обратиться к квалифицированному специалисту или специалисту по ремонту барбекю.
Как работает искровой запальник с батарейным питанием?
Искровой запальник — это устройство, используемое для получения искр, которые можно использовать для воспламенения топливно-воздушной смеси, например, в двигателе внутреннего сгорания или в газовом гриле. Искровые воспламенители с батарейным питанием часто используются в сочетании с другими двигателями внутреннего сгорания, такими как газовые грили, газонокосилки, генераторы и другие небольшие двигатели.
Свеча зажигания работает, генерируя электрический ток, который используется для создания искры, которая объединяет кислород и топливо для начала сгорания. Искровой запальник содержит высоковольтную батарею для генерации искры, искровой разрядник, через который направляется искра, и пусковой механизм, который поджигает искру.
Пусковой механизм обычно представляет собой переключатель или кнопку, позволяющую генерировать искру при необходимости.
Для начала аккумулятор подключается к искровому разряднику, чтобы электричество могло проходить и создавать искру. Когда переключатель или кнопка нажаты, ток проходит через разрядник, и искра производится электрическим током, протекающим через разрядник.
Эта искра способна воспламенить топливо в камере сгорания, помогая запустить двигатель или гриль.
В то же время через свечу зажигания можно подавать слабый электрический ток, чтобы поддерживать чистоту кончика свечи и обеспечивать более стабильную искру.
Это помогает повысить эффективность зажигания устройства и даже может помочь снизить расход топлива.
Искровые воспламенители с батарейным питанием очень полезны в различных областях применения, позволяя быстро и легко генерировать одну искру без необходимости вручную поджигать топливно-воздушную смесь. Они также относительно недороги и просты в использовании, что делает их популярным выбором для многих приложений.
Запальники изнашиваются?
Да, воспламенители могут со временем изнашиваться из-за регулярного использования и воздействия тепла, влаги и мусора. Со временем изоляция проводов воспламенителя может ухудшиться, что делает невозможным выделение тепла, достаточного для воспламенения газа.
Это также может произойти, если воспламенитель подвергается воздействию чрезмерного количества масел или загрязняющих веществ, что приводит к накоплению отложений на воспламенителе, что препятствует его правильной работе. Кроме того, электроды могут изнашиваться, что делает их неспособными создавать искру, необходимую для зажигания.
