УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2004 года по МПК H01J45/00 H01J1/20 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для получения электроэнергии.

Известны периодически возобновляемые или восполняемые источники электроэнергии, в частности накопители электрической энергии. Известно устройство для накопления электрической энергии [Патент РФ 1728928, опубл. 23.04.92, МКИ H 02 J 15/00], в корпусе которого, заполненном криогенном (жидким азотом или гелием), размещен единый гибридный узел, в котором совмещены обкладки конденсатора и обмотки катушки индуктивности. Повышение энергоемкости накопителя достигается накачкой от источника тока двух видов энергии - энергии электрического и магнитного полей. Однако как и любой другой конденсатор, указанное устройство может накопить энергии не больше, чем потребит от заряжающего его источника.

Наряду с широко применяемыми традиционными промышленными установками получения электроэнергии известны менее распространенные, в которых используется энергия химических реакций, тепловая энергия, энергия магнитного поля и т.д.

Так известна установка для получения электроэнергии [Патент РФ 2091975, МКИ Н 01 М 14/00, опубл. 27.09.97], в которой осуществляется прямое преобразование химической энергии, запасенной в веществе, в электрическую. Установка имеет стержень из ферромагнитного материала, на который надет токоподводящий провод, причем на обмотку надеты полые тороидальные кольца. Внутри тороидального кольца установлена запальная свеча. Ферромагнитный стержень усиливает в объеме колец электромагнитные импульсы, а также создает вокруг себя магнитное поле.

Для получения электроэнергии горючую смесь (высокоактивные горючие газы) подают в полое тороидальное кольцо и после заполнения полости на запальную свечу подают короткий активизирующий импульс. Вокруг образовавшегося разряда происходит интенсивное образование свободных радикалов по мере движения волны горения по объему тора. При своем движении свободные радикалы изменяют магнитный поток стержня. Переменный магнитный поток создает в обмотке импульс электродвижущей силы самоиндукции.

Известны устройства, позволяющие преобразовывать тепловую энергию в электрическую. Простейший термоэмиссионный преобразователь энергии [Большой энциклопедический словарь. Политехнический /гл. редактор А.И.Ишлинский. - М.: БРЭ. 1998 г., стр. 530] состоит из 2 электродов - катода (эмиттера) и анода (коллектора), разделенных вакуумным промежутком. Сила тока в устройстве ограничивается силой тока эмиссии испускающего электрода. При температуре катода 3300К к.п.д. составляет 30%.

В качестве прототипа принят термоэмиссионный преобразователь энергии [Патент РФ 2124782, МКИ H 01 J 45/00, опубл. 10.01.99], содержащий катод (эмиттер), анод (коллектор), поверхности которых составлены из соприкасающихся участков цилиндрических поверхностей с экранирующими пластинами на границах участков. Устройство также содержит формирователь магнитного поля, вектор напряженности которого перпендикулярен поверхности электродов. Эмиссия электронов под воздействием высокой температуры и их перемещение под воздействием магнитного поля, вызывают возникновение тока в цепи.

При работе устройства температура катода составляет 1273К, температура анода на 150К выше. Тепло, выделяющееся на аноде, используется для подогрева катода предыдущего или последующего элемента.

В основу изобретения поставлена задача - расширение арсенала средств, предназначенных для получения электроэнергии, а именно создание устройства для получения электрической энергии за счет утилизации внутренней энергии используемого вещества.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для получения электрической энергии, содержащем формирователь магнитного поля и размещенные в вакуумной камере эмиттер и коллектор, установленные таким образом, что вектор напряженности магнитного поля перпендикулярен рабочим поверхностям эмиттера и коллектора, новым согласно изобретению является то, что устройство дополнительно содержит активизатор эмиссии, расположенный в вакуумной камере вблизи эмиттера вне промежутка между эмиттером и коллектором, эмиттер выполнен из материала, представляющего собой соединение Са₁₄Сu₁₄О₂₈, устройство также содержит конденсатор, подключенный к эмиттеру и к коллектору, расположенный снаружи от вакуумной камеры, и подсоединяемый к внешней цепи потребителя.

Активизатор эмиссии целесообразно выполнить из материала, представляющего собой соединение из бария на окисленном вольфраме. Предпочтительно активизатор эмиссии расположить вблизи эмиттера со стороны его поверхности, противоположной излучающей поверхности. При этом активизатор эмиссии снабжен средством для подключения к маломощному автономному источнику питания.

Наилучший результат достигается, когда коллектор и конденсатор выполнены из первоксит, представляющего собой соединение CaCu₃Ti₄O₁₂ [Статья “Заряд оптимизма”. Еженедельная газета научного сообщества “Поиск” №30-31 от 03.08.2001].

Изобретение иллюстрируется чертежом, на которой схематично представлен макет заявляемого устройства для получения электрической энергии.

В вакуумной камере 1 размещены коллектор 2, эмиттер 3 и активизатор 4 эмиссии, выполненные в виде пластин. Эмиттер выполнен из материала, представляющего собой соединение Са₁₄Сu₁₄О₂₈, и подсоединен к конденсатору 5, второй электрод которого подсоединен к коллектору 2. Конденсатор 5 расположен за пределами вакуумной камеры. Активизатор 4 эмиссии может быть выполнен из материала, представляющего собой соединение из бария на окисленном вольфраме. Активизатор 4 расположен в непосредственной близости от эмиттера 3, на расстоянии, обеспечивающем электроизоляцию между ними (≈1 мм). Активизатор 4 размещен вне промежутка между коллектором и эмиттером, а именно со стороны поверхности эмиттера, противоположной его излучающей поверхности.

Устройство снабжено маломощным автономным источником питания, например батарейкой 6 на 0,5-1,5 Вт, которая предназначена для подачи напряжения на активизатор 4 эмиссии. Коллектор 2, как и конденсатор 5, выполнены из материала, представляющего собой соединение CaCu₃Ti₄O₁₂ (первоксит).

В качестве формирователя магнитного поля используется постоянный магнит 7, выполненный из магнитотвердого материала. Полюса магнита 7 предпочтительно расположить в торцах вакуумной камеры 1 так, чтобы вектор напряженности магнитного поля был перпендикулярен рабочим поверхностям (встречно ориентированным поверхностям) коллектора 2 и эмиттера 3.

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения (от батарейки 6) на оксидный активизатор 4, в результате химической реакции его температура возрастает до ≈700К. Это приводит к нагреву эмиттера, находящегося в непосредственной близости от активизатора 4. Эмитированные с поверхности эмиттера 3 электроны под действием магнитного поля направляются в сторону коллектора 2, который служит приемником электронов. Это позволяет конденсатору 5 накапливать потенциал, что обеспечивает работу внешних потребителей мощностью 15-30 Вт.

Таким образом, устройство позволяет получать электрическую энергию путем использования внутренней энергии материала эмиттера, активизация которого осуществляется от нагрева до ≈700К специального элемента-активизатора, расположенного в непосредственной близости от эмиттера. Одной пластины эмиттера хватает для работы устройства в течение 8000 час. После замены элемента работа устройства может быть возобновлена.

Устройство может найти применение в энергетике и электротехнике в качестве автономного источника электропитания.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для получения электроэнергии. Техническим результатом изобретения является создание устройства для получения электрической энергии за счет утилизации внутренней энергии используемого вещества. Согласно изобретению устройство для получения электрической энергии имеет формирователь магнитного поля и размещенные в вакуумной камере эмиттер и коллектор, установленные таким образом, что вектор напряженности магнитного поля перпендикулярен рабочим поверхностям эмиттера и коллектора. Дополнительно устройство содержит активизатор эмиссии, расположенный в вакуумной камере вблизи эмиттера вне промежутка между эмиттером и коллектором. Эмиттер выполнен из материала, представляющего собой соединение Ca₁₄Cu₁₄O₂₈. Устройство также содержит конденсатор, подключенный к эмиттеру и к коллектору, расположенный снаружи от вакуумной камеры и подсоединяемый к внешней цепи потребителя. Активизатор эмиссии расположен вблизи эмиттера и снабжен средством для подключения к маломощному автономному источнику питания (батарейки). Активизатор выполнен из материала, представляющего собой соединение из бария на окисленном вольфраме. Коллектор и конденсатор выполнены из материала, представляющего собой соединение CaCu₃Ti₄O₁₂. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для получения электрической энергии, содержащее формирователь магнитного поля и размещенные в вакуумной камере эмиттер и коллектор, установленные таким образом, что вектор напряженности магнитного поля перпендикулярен рабочим поверхностям эмиттера и коллектора, отличающееся тем, что дополнительно содержит активизатор эмиссии, расположенный в вакуумной камере вблизи эмиттера вне промежутка между эмиттером и коллектором, эмиттер выполнен из материала, представляющего собой соединение Са₁₄Сu₁₄О₂₈, устройство также содержит конденсатор, подключенный к эмиттеру и к коллектору, расположенный снаружи от вакуумной камеры и подсоединяемый к внешней цепи потребителя.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что активизатор эмиссии выполнен из материала, представляющего собой соединение из бария на окисленном вольфраме и снабжен средством для подключения к маломощному автономному источнику питания.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что активатор эмиссии расположен вблизи эмиттера со стороны его поверхности, противоположной излучающей поверхности.4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что коллектор выполнен из материала, представляющего собой соединение СаСu₃Ti₄O₁₂.5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что конденсатор выполнен из материала, представляющего собой соединение СаСu₃Ti₄O₁₂.