початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2144241

СПОСІБ ПРЯМОГО ПЕРЕТВОРЕННЯ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ В ЕЛЕКТРИЧНУ І термоемісійного ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ

Ім'я винахідника: Смирнов Лев Миколайович
Ім'я патентовласника: Смирнов Лев Миколайович
Адреса для листування: 620032, Єкатеринбург, Сибірський тракт, 37, УГЛТУ, патентний відділ
Дата початку дії патенту: 1998.10.02

Використання: на теплових електростанціях, для постачання електроенергією і теплом окремих будівель промислової і індивідуальної забудови, в металургії, транспорті та інших галузях промисловості. Технічний результат полягає в підвищенні ефективності перетворення теплової енергії в електричну за рахунок підвищення ККД термоемісійного генератора. При перетворенні теплової енергії в електричну відповідно до винаходу теплопередачу здійснюють через потік рухається теплоносія, який подають до термоемісійним елементах. Вони розміщені в герметичному корпусі термоемісійного генератора у вигляді багатоповерхової батареї з можливістю утворення спіралевидної траєкторії проходження потоку теплоносія по поверхах батареї, відокремленим один від одного каналами. Потік теплоносія пропускають по першому каналу, нагріваючи емітери термоемісійних елементів першого поверху щонайменше до температури теплової емісії електронів. На виході з каналу потік теплоносія через канал обвідний магістралі подають на вхід наступного каналу в тому ж напрямку, що і потік теплоносія попереднього каналу. Робочий цикл повторюють до зниження температури відпрацьованого потоку нижче температури теплової емісії електронів. Термоемісійні елементи пов'язані між собою в єдину електричну ланцюг.

ОПИС ВИНАХОДИ

Заявляється винахід відноситься до області прямого перетворення теплової енергії в електричну за допомогою термоелектронної емісії, зокрема до отримання електроенергії випаровуванням електронів в сильно розріджений газ або вакуум за рахунок тепла газів, що утворюються при спалюванні палива, і може бути використано на теплових електростанціях для постачання електроенергією і теплом окремих будівель промислової і індивідуальної забудови, в металургії, транспорті та інших галузях промисловості.

Відомі способи перетворення теплової енергії в електричну за допомогою термоемісійного генератора, що складається з джерела теплової енергії, послідовно з'єднаних секцій з послідовно з'єднаних термоемісійних трьохелектродних елементів і джерела електричної енергії, позитивний і негативний полюси якого підключені відповідно до анода і сітки першого термоемісійного трьохелектродної елемента, при якому сітки термоемісійних елементів кожної секції електрично з'єднані, а анод першого термоемісійного трьохелектродної елемента кожної секції підключений до сіток термоемісійних трьохелектродних елементів наступної секції [Авторське свідоцтво SU N 1746427, МПК 5 H 01 J 45/00, 1992 р]. Перетворення теплової енергії в електричну за відомим способом здійснюють шляхом нагрівання катодів термоемісійних елементів потоком теплоносія, що надходять з джерела тепла, при одночасному відборі тепла від анодів. Корисна робота у зовнішній ланцюга відбувається за рахунок кінетичної енергії електронів, що залишають катод і осідають на аноді.

Відомий спосіб характеризується удосконаленням прийому отримання направленого потоку електронів теплової емісії, однак має невисокий коефіцієнт перетворення теплової енергії в електричну, коефіцієнт корисної дії (ККД) термоемісійного генератора не перевищує 10%. Це пов'язано, перш за все, з нераціональним використанням теплової енергії потоку теплоносія. При проходженні теплового потоку від катода до анода в трьохелектродних елементах в електроенергію перетворюється тільки мала частина тепла. Основна частка тепла, що пройшло через термоемісійний елемент, відводиться від анодів і надалі не використовується, а марно розсіюється в навколишньому середовищі, тому ефективність перетворення теплової енергії в електричну відомим способом невисока.

Для підвищення ККД термоемісійних генераторів відомі, наприклад, такі рішення.

Відомий термоемісійний реактор, що містить циліндричний корпус у вигляді електроізолюючими обичайки і першого і другого фланців, в якому розміщені послідовно з'єднані коммутирующими провідниками електрогенеруючі елементи з системою охолодження, електрогенеруючі елементи виконані у вигляді протяжних емітерів і колекторів, встановлених еквідистантно з Міжелектродні зазорами, колектори з'єднані з системою охолодження, електрогенеруючі елементи виконані плоскими, емітери яких розташовані рядами, розділеними плоскими пластинами, на яких жорстко закріплені плоскі колектори, виконані в плоских пластинах, система охолодження виконана у вигляді порожнини, розділеною на вхідну і вихідну частини, розміщеної в додатковому фланці, встановленому поза корпусом перед другим фланцем, комутуючих порожнин, сполученим з теплообмінником [Патент RU N 2030018, МПК 6 H 01 J 45/00, 1995 г.]. Спосіб перетворення теплової енергії в електричну здійснюють шляхом організації потоку теплоносія і потоку охолоджуючого агента в корпусі термоемісійного генератора через електрогенеруючі елементи, при цьому корисна робота здійснюється за рахунок нагріву емітерів при одночасному охолодженні колекторів, а електрони, що випромінюються з поверхні емітерів в результаті теплової емісії, організовують в потік і направляють в зовнішнє електричне коло.

Використання відомого способу вимагає значних додаткових капітальних витрат, а ККД термоемісійного генератора і не великий через марною втрати значної частини тепла, що розсіюється системою охолодження.

Відомий термоемісійний генератор, що містить зовнішній корпус, всередині якого розміщені джерело тепла і батарея послідовно з'єднаних через комутаційну перемичку термоемісійних елементів, при цьому зовнішній корпус повністю теплоізольований від навколишнього середовища, а кожен з термоемісійних елементів виконаний у вигляді відокремлених один від одного дістанціонаторамі емітера і колектора, які відділені від корпусу шаром теплоізоляції, дістанціонатори виконані з матеріалу з високою теплопровідністю, що забезпечує можливість передачі тепла між емітером і колектором, термоемісійні елементи щільно упаковані всередині теплового екрану, розміщеного на зовнішньому корпусі, а батарея термоемісійних елементів виконана в формі набору паралельних пластин, одна поверхня якого виконана у вигляді емітера, а протилежна поверхня - у вигляді колектора сусіднього термоемісійного елемента, всі пластини з'єднані загальним теплопроводом-дістанціонатором [Авторське свідоцтво SU N 1822505, МПК 5 H 01 J 45/00, 1993 р]. Корисна робота термоемісійного генератора здійснюється за рахунок різниці температур емітера і колектора. Спосіб полягає в перетворенні тепла точкового джерела в електричну енергію. Від джерела тепло через твердий теплопровід за допомогою контакту передається на термоемісійні елементи, що контактують з теплопроводом і розташовані уздовж останнього. Різниця температур між емітером і колекторами утворюється за рахунок зниження температури вздовж теплопроводу в міру відведення тепла від нього. При нагріванні емітерів в пакеті термоемісійних елементів до температури емісії відбувається вихід електронів в міжелектродні проміжки і осадження їх на колекторах. Отриманий електричний струм від послідовно з'єднаних термоемісійних елементів пакету подається в зовнішнє електричне коло. Застосування методу дозволяє використовувати тепло, що пройшло через кожен термоемісійний елемент, в наступних термоемісійних елементах, що призводить до збільшення ефективності перетворення теплової енергії в електричну і підвищує ККД термоемісійного генератора до 40%.

Організація передачі тепла по твердому теплопроводу, що володіє термічним опором, супроводжується значним невиправданим падінням температури (температурного напору) уздовж теплопроводу. Падіння температурного напору відбувається і при передачі тепла від місць контактів уздовж пластин, що утворюють поверхні емітерів і колекторів. Тепловий потік низької температури не може бути ефективно використаний для перетворення в електроенергію. Тому ефективність перетворення площин елементів, "віддалених" від джерела, у відомому генераторі невисока. Застосування дістанціонаторов з високою теплопровідністю, призначених для поліпшення передачі тепла між емітером і колекторами, кілька покращує підведення тепла до площин елементів, "віддалених" від джерела тепла, проте ефективність перетворення генератора не може бути високою, тому що дістанціонатори і володіють термічним опором, що викликає зниження температури переданого теплового потоку.

Завдання винаходу - підвищення ефективності перетворення теплової енергії в електричну за рахунок підвищення коефіцієнта корисної дії термоемісійного генератора.

Поставлена ​​задача вирішується тим, що в заявляється способу перетворення теплової енергії в електричну теплопередача здійснюється через потік рухається теплоносія, який подають до термоемісійним елементам, останні розміщені в герметичному корпусі термоемісійного генератора у вигляді багатоповерхової батареї з можливістю утворення спіралевидної траєкторії проходження потоку теплоносія по поверхах батареї, відокремлених один від одного горизонтальними каналами, катоди термоемісійних елементів виконують функцію емітерів, а аноди термоемісійних елементів виконують функцію колекторів, при цьому потік теплоносія пропускають по першому каналу, нагріваючи емітери термоемісійних елементів першого поверху, щонайменше, до температури теплової емісії електронів, на виході з каналу потік теплоносія через канал обвідний магістралі подають на вхід наступного каналу в тому ж напрямку, що і потік теплоносія попереднього каналу, при цьому один і той же потік теплоносія одночасно використовують як холодильний агент для колекторів термоемісійних елементів попереднього поверху батареї і як потоку теплоносія для нагріву емітерів термоемісійних елементів наступного поверху батареї, робочий цикл повторюють до зниження температури відпрацьованого потоку нижче температури теплової емісії електронів. Термоемісійні елементи пов'язані між собою в єдину електричну ланцюг.

Для додаткового підвищення ефективності використання енергії відпрацьованого теплового потоку на виході можуть бути встановлені будь-які відомі пристрої для утилізації корисного тепла, наприклад теплообмінники.

Для реалізації заявляється способу пропонується термоемісійний генератор, який представляє собою герметичний корпус з пристроєм входу потоку теплоносія від зовнішнього джерела і пристроєм виведення відпрацьованого потоку теплоносія, всередині корпусу встановлені термоемісійні елементи, з'єднані між собою в єдину електричну ланцюг, термоемісійні елементи розміщені у вигляді багатоповерхової батареї, зазори між поверхами якої утворюють канали проходження потоку теплоносія, забезпечуючи можливість передачі тепла емітерів термоемісійних елементів і охолодження колекторів термоемісійних елементів, при цьому вихід попереднього каналу з'єднаний з входом подальшого каналу за допомогою каналу обвідний магістралі, що визначає спиралевидную форму траєкторії руху потоку теплоносія через батарею термоемісійних елементів. Емітери термоемісійних елементів, розташовані в кінці траєкторії руху потоку теплоносія, забезпечені більш розвиненою поверхнею, ніж емітери термоемісійних елементів, розміщені на початку його траєкторії.

Термоемісійний елемент вищеназваного генератора виконаний у вигляді плоского герметичного кожуха, всередині якого розміщені емітер, колектор, тепловий екран і механізм перенесення електронів через межелектродное простір.

Порівняння пропонованого способу з відомим дозволяє зробити висновок про відповідність заявляється способу критерієм "Новизна", тому що запропонований новий прийом організації руху теплових потоків в термоемісійного генераторі. В заявляється способу потік теплоносія може бути використаний одночасно в якості охолоджуючого агента за рахунок оригінального розташування термоемісійних елементів і наявності обвідних каналів, що дозволяють здійснити його односпрямоване рух для обтікання термоемісійних елементів, розміщених у вигляді багатоповерхової батареї. На відміну від відомого способу в заявляється способу в потоці рухомого теплоносія тепло до термоемісійним елементам підводять шляхом перенесення, а не за допомогою теплопередачі по твердому теплопроводу. Тому передача тепла в потоці не супроводжується втратою температурного напору. Потік тепла, який прямує через термоемісійні елементи, перетинає плоскі тверді деталі поперек, а не передається вздовж пластин з еміттерними і колекторними поверхнями, як це має місце у відомому способі. Тому передача тепла через елементи не супроводжується значною втратою температурного напору. Перетворення тепла в електричну енергію здійснюється більш ефективно при високих температурах, що має місце в заявляється термоемісійного генераторі.

Заявляється спосіб перетворення теплової енергії в електричну і термоемісійний генератор для його здійснення пов'язані між собою єдиним винахідницьким задумом, що задовольняє вимогу "Єдність винаходу".

Застосування заявляється способу і термоемісійного генератора для його здійснення дозволяє значно підвищити ефективність перетворення енергії теплового потоку в електричну енергію за рахунок його раціонального використання та підвищити ККД термоемісійного генератора до 60%. У відомих нам джерелах інформації не виявлено даних про популярність заявляється прийому організації руху теплового потоку через термоемісійні елементи термоемісійного генератора, що дозволяє істотно підвищити ефективність перетворення теплової енергії без додаткових витрат на теплоізоляцію корпусу генератора і допоміжних пристроїв на поділ теплових потоків. Все вищевикладене дозволяє зробити висновок про відповідність заявляється критерієм "Винахідницький рівень".

Всі конструктивні елементи заявляється термоемісійного генератора можуть бути виготовлені на відомому обладнанні з використанням відомих промислових технологій. Заявляється спосіб може бути застосований на будь-який теплової електростанції і в інших теплогенеруючих процесах енергетичних силових установок.

Заявляється термоемісійний генератор і спосіб перетворення теплової енергії в електричну ілюструються наступними кресленнями.

На фіг. 1 представлений загальний вигляд термоемісійного генератора в розрізі. На фіг. 2 - термоемісійний генератор, вид зверху. На фіг. 3 - схема руху потоку теплоносія через термоемісійні елементи термоемісійного генератора. На фіг. 4 - розподіл температури потоку теплоносія при проходженні через канали термоемісійного генератора.

Термоемісійний генератор складається з розміщених в корпусі 1 плоских термоемісійних елементів 2, топки для спалювання газу 3, встановленої у верхній частині корпусу 1, з форсункою 4 для організації потоку теплоносія. Термоемісійні елементи розміщені горизонтально всередині корпусу 1 у вигляді багатоповерхової батареї з зазорами між поверхами, які виконують функцію каналів проходження потоку теплоносія (на фіг. 1 показано 4 поверху батареї термоемісійних елементів). Корпус забезпечений пристроєм виведення відпрацьованого потоку теплоносія 6, наприклад, через теплообмінник 5, розміщений в нижній частині корпусу 1, і обвідними теплоізоляційними каналами 7, пов'язаними з входами і виходами міжповерхових зазорів батареї термоемісійних елементів. Термоемісійні елементи 2 об'єднані в єдину електричну ланцюг і підключені до навантаження коммутирующими проводами 8. Кожен з термоемісійних елементів містить емітер 9 і колектор 10, розміщені з межелектродним зазором всередині герметичного кожуха, тепловий екран і механізм перенесення електронів через міжелектродний проміжок (останні на фіг.1 не показані).

Заявляється спосіб перетворення теплової енергії в електричну здійснюють наступним чином.

Гарячий продукт, нагріте від спалювання газу в топці 3, що надходить через форсунку 4, слід по верхньому каналу корпусу 1, нагріваючи емітери термоемісійних елементів 2 верхнього поверху. При проходженні по першому каналу потік теплоносія охолоджується за рахунок передачі тепла емітерів. На виході з першого каналу потік теплоносія надходить через верхній обвідний канал 7, рухається в зворотному напрямку і надходить на вхід другого каналу. Зворотний хід потоку теплоносія по обвідних каналах 7 не супроводжується втратою тепла, т. К. Останні виконані теплоізольовані. Потік теплоносія, проходячи по другому каналу, віддає тепло емітерів 9 другого поверху термоемісійних елементів 2, одночасно охолоджуючи колектори 10 верхнього поверху термоемісійних елементів, відбираючи від останніх тепло, що випромінюється емітерами 9 термоемісійних елементів 2 верхнього поверху. На виході з другого міжповерхового зазору батареї термоемісійних елементів потік теплоносія через наступний обвідний канал 7 подають на вхід третього міжповерхового зазору і т. Д. Робочий цикл повторюється. У нижній канал батареї термоемісійних елементів потік теплоносія надходить досить охолодженим і використовувати його для подальшої переробки в електричну енергію неефективно. Нижній канал може бути використаний, наприклад, для підігріву води за допомогою теплообмінника 5, що надходить на обігрів будівель. Термоемісійні елементи 2 утворюють між собою єдину електричну ланцюг і підключені до клем навантаження генератора коммутирующими проводами 8.

Для організації оптимальної роботи термоемісійного генератора кількість термоемісійних елементів, розміщених на кожному поверсі батареї, розраховують таким чином, що на виході з кожного каналу, утвореного міжповерховими зазором, температура потоку знижується до рівня, необхідного для забезпечення максимальної емісії поверху батареї термоемісійних елементів. Для оптимізації роботи термоемісійного генератора можна і варіювати емісію електронів з емітерів шляхом зміни площі їх робочої поверхні.

Заявляється спосіб перетворення теплової енергії в електричну і термоемісійний генератор для його здійснення дозволяють збільшити ефективність використання енергії теплового потоку за рахунок організації конфігурації руху потоку через термоемісійні елементи. ККД заявляється термоемісійного генератора досягає 60%, що дозволяє отримати значний економічний ефект при невеликих додаткових витратах на удосконалення існуючих термоемісійних генераторів.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб прямого перетворення теплової енергії в електричну шляхом передачі тепла теплоносія термоемісійним елементам, останні розміщені в герметичному корпусі термоемісійного генератора у вигляді батареї і електрично пов'язані між собою в єдину електричну ланцюг, катоди термоемісійних елементів, що виконують функцію емітерів, нагрівають, щонайменше, до температури теплової емісії електронів, а аноди термоемісійних елементів, що виконують функцію колекторів, охолоджують, одержуваний електричний струм подають на навантаження, що відрізняється тим, що теплопередачу здійснюють через потік рухається теплоносія, термоемісійні елементи розміщені у вигляді багатоповерхової батареї з можливістю утворення спіралевидної траєкторії проходження потоку теплоносія по поверхах батареї, поверхи батареї відокремлені один від одного каналами, при цьому потік теплоносія пропускають по першому каналу, нагріваючи емітери термоемісійних елементів першого поверху, на виході з каналу потік теплоносія через канал обвідний магістралі подають на вхід наступного каналу в тому ж напрямку, що і потік теплоносія попереднього каналу, охолоджуючи колектори термоемісійних елементів попереднього поверху батареї і нагріваючи емітери термоемісійних елементів наступного поверху батареї, робочий цикл повторюють до зниження температури відпрацьованого теплового потоку нижче температури теплової емісії електронів.

2. Термоемісійний генератор, що складається з герметичного корпусу з пристроєм входу потоку теплоносія від зовнішнього джерела і пристроєм виведення відпрацьованого потоку теплоносія, всередині корпусу встановлені термоемісійні елементи, останні розміщені у вигляді батареї і електрично з'єднані між собою в єдину електричну ланцюг, який відрізняється тим, що термоемісійні елементи розміщені у вигляді багатоповерхової батареї, зазори між поверхами якої утворюють канали проходження потоку теплоносія, забезпечуючи можливість передачі тепла емітерів термоемісійних елементів наступного поверху і охолодження колекторів термоемісійних елементів попереднього поверху, при цьому вихід попереднього каналу з'єднаний з входом подальшого каналу за допомогою каналу обвідний магістралі, що забезпечує спиралевидную траєкторію руху потоку теплоносія через батарею термоемісійних елементів.

3. Термоемісійний генератор по п.2, що відрізняється тим, що емітери термоемісійних елементів, розташовані в наступному поверсі батареї, забезпечені більш розвиненою поверхнею в порівнянні з емітерами термоемісійних елементів, розміщених в попередньому поверсі батареї.

Версія для друку
Дата публікації 13.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів