ТЕПЛОТРУБНЫЙ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2008 года по МПК F02N3/00 

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для утилизации вторичных тепловых энергоресурсов и низкопотенциальной тепловой энергии природных источников, а именно для трансформации тепловой энергии в электрическую.

Известен электростатический генератор, содержащий цилиндрический ротор из диэлектрика, статор из полупроводникового материала, индукторы, ионизаторы, электростатический возбудитель и корпус (а.с. СССР №202290, М. кл. Н02N 1/10, 1967).

Недостатками известного электростатического генератора являются необходимость механического привода для вращения ротора генератора, что обусловливает невозможность его эксплуатации при использовании вторичных тепловых энергоресурсов и природных источников низкопотенциального тепла.

Более близким к предлагаемому изобретению является электростатический генератор, содержащий насос, систему трубопроводов, корпус, в который помещены пористые пластины (фитили), изготовленные из материалов, позволяющих получать положительные и отрицательные заряды жидкому диэлектрику (диэлектрической жидкости), прокачиваемому через них, и переносить эти заряды на коллекторы (а.с. СССР №66073, М. кл. Н02N 3/00, 1940).

Основными недостатками известного устройства (теплового двигателя) являются громоздкость конструкции, затраты энергии для привода циркуляционного насоса, что сужает область его применения и, в конечном счете, снижает его эффективность.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности электростатического генератора.

Технический результат достигается в теплотрубном электростатическом генераторе (ТТЭСГ), который содержит: корпус, выполненный из диэлектрического материала и состоящий из обечайки, заглушенной с обоих торцов горячей стенкой, покрытой изнутри слоем электропроводящего материала и холодной стенкой, выполненного из диэлектрического материала и помещенного внутрь обечайки коаксиально кожуха таким образом, что между его верхним торцом и горячей стенкой, нижним торцом и холодной стенкой имеются зазоры, сообщающиеся с каналом транспортировки пара, образующие зоны испарения и конденсации; вертикальную П-образную перегородку, выполненную из диэлектрического материала, верхняя перекладина которой примыкает к внутренней поверхности испарительной стенки и делит на два сектора: электропроводный слой и зону испарения, а вертикальные полосы - полость между обечайкой, кожухом, горячей и холодной стенками на два равных по своим размерам отсека, заполненных фитилями, выполненными из разных по своим электрохимическим характеристикам пористых материалов, позволяющих получать положительные или отрицательные заряды в рабочем теле и примыкающих у горячей стенки к разным секторам электропроводного слоя, служащим коллекторами положительных и отрицательных зарядов и снабженных наружными клеммами, причем в качестве рабочего тела используется диэлектрическая жидкость.

На фиг.1 представлен предлагаемый теплотрубный электростатический генератор (ТТЭСГ).

На фиг.2 - разрез по В-В на фиг.1.

На фиг.3 - разрез по А-А на фиг.1.

На фиг.4 - разрез по Б-Б на фиг.1.

ТТЭСГ состоит из корпуса 1, выполненного из диэлектрического материала, состоящего из обечайки 2, заглушенной с обоих торцов горячей стенкой 3, покрытой изнутри слоем электропроводящего материала 4 и холодной стенкой 5, также выполненного из диэлектрического материала и помещенного внутрь обечайки 2 коаксиально кожуха 6 таким образом, что между его верхним торцом и горячей стенкой 3, нижним торцом и холодной стенкой 5 имеются зазоры 7 и 8, сообщающиеся с каналом транспортировки пара 9 и образующие зоны испарения и конденсации 10, 11, соответственно; вертикальной П-образной перегородки 12, выполненной из диэлектрического материала, верхняя перекладина которой примыкает к внутренней поверхности горячей стенки 3 и делит напополам слой электропроводящего материала 4 и зону испарения 10, а вертикальные полосы - полость между обечайкой 2, кожухом 6, горячей стенкой 3 и холодной стенкой 5 - на равные по своим размерам отсеки 13 и 14. Отсек 13 заполнен фитилем 15, выполненным из пористого материала, позволяющего получать положительные заряды в рабочем теле, который у горячей стенки 3 примыкает к своему сектору слоя электропроводящего материала 4, служащего коллектором положительных зарядов 16 и снабженного наружной клеммой 17, а отсек 14 заполнен фитилем 18, выполненным из пористого материала, позволяющего получать отрицательные заряды в рабочем теле, который у холодной стенки 5 примыкает к своему сектору слоя электропроводящего материала 4, служащего коллектором отрицательных зарядов 19 и снабженного наружной клеммой 20, причем в качестве рабочего тела используется диэлектрическая жидкость.

В основе работы предлагаемого ТТЭСГ лежит способность диэлектрических жидкостей подвергаться электризации при движении через трубопроводы и особенно через пористые перегородки, в которых величина тока электризация может увеличиться на несколько порядков, способность пористых перегородок, изготовленных из разных материалов, сообщать движущейся через них жидкости противоположные заряды (В.В.Захарченко и др. Электрилизация жидкостей и ее предоствращение. - М.: Химия, 1975, с.15-25), а также высокая эффективность передачи теплоты в тепловых трубах, которые делятся на три участка: зона испарения (подвода теплоты), адиабатная зона (переноса теплоты) и зона конденсации (отвода теплоты), покрытых изнутри фитилем, изготовленным из пористого материала и частично заполненных рабочим телом (жидкостью)-переносчиком теплоты, в качестве которой используются вода, спирты и др. органические жидкости, хладоны, жидкие металлы т.д. (В.В.Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Выс. Школа, 1988, с.106).

Предлагаемый ТТЭСГ работает следующим образом.

Предварительно, перед началом работы из корпуса 1 ТТЭСГ удаляют воздух и закачивают рабочую жидкость-диэлектрик с удельным электрическим сопротивлением не менее (10-12) Ом·м, которую также выбирают в зависимости от температурного потенциала холодной и горячей сред (штуцера для удаления воздуха и подачи рабочей жидкости на фиг.1-4 не показаны), в количестве большем объема пор фитилей 15 и 18 на величину конденсата пара, занимающего объем парового канала 9. Клеммы 17 и 20 соединяют с потребителем тока, после чего корпус 1 ТТЭСГ устанавливают таким образом, чтобы горячая стенка 3 контактировала с горячей средой, а холодная стенка 5 с холодной. В результате нагрева горячей стенки 3 в испарительной зоне 10 происходит испарение рабочей жидкости, образуется пар, который, проходя с большой скоростью через паровой канал 9, попадает в зону конденсации 11, конденсируется там за счет контакта наружной поверхности холодной стенки 5 с холодной средой, после чего образовавшийся конденсат диэлектрической жидкости всасывается порами фитилей 15 через щель зазора 8 и под воздействием капиллярных сил и испарения в зоне испарения 10 адиабатно транспортируется через поры фитилей 15 (изготовленного, например, из металлической сетки) и 18 (изготовленного, например, из стекловолокнистой сетки), где жидкость электризуется с приобретением положительных и отрицательных зарядов, соответственно, поступает на внутреннюю поверхность коллекторов положительных и отрицательных зарядов 16, 19 и разряжается на них, создавая разность потенциалов на клеммах 17 и 20. Далее разрядившаяся жидкость через зазор 7 поступает в зону испарения 10, где происходит вышеописанный процесс испарения и цикл повторяется.

Таким образом, предлагаемый ТТЭСГ обеспечивает возможность получения электрической энергии за счет утилизации вторичных тепловых энергоресурсов различного потенциала (энергии сбросных вод, отходящих газов и т.д.), тепловых ресурсов природных источников (энергии солнца, воды и т.д. что обеспечивает его высокую эффективность в различных отраслях народного хозяйства.

Генератор может быть использован для трансформации тепловой энергии в электрическую в теплоэнергетике. Корпус генератора состоит из обечайки с холодной и горячей торцевыми стенками, коаксиально помещенного внутрь обечайки кожуха с зазорами между его верхним и нижним торцами и горячей и холодной стенками, сообщающимися с источником пара с образованием зон испарения и конденсации, и П-образной перегородки из диэлектрического материала, верхняя перекладина которой примыкает к внутренней поверхности горячей стенки и делит на два сектора электропроводный слой и зону испарения, а вертикальные полосы - полость между обечайкой, кожухом, горячей и холодной стенками - на два равных по своим размерам отсека, заполненных фитилями из разных по электрохимическим характеристикам пористых материалов и примыкающих у горячей стенки к разным секторам электропроводного слоя, сектора служат коллекторами противоположных зарядов и снабжены клеммами, рабочее тело - диэлектрическая жидкость. Изобретение обеспечивает повышение эффективности генератора. 4 ил.

Теплотрубный электростатический генератор, включающий корпус, покрытый изнутри фитилями, выполненными из разных пористых материалов, позволяющих электризовать жидкость противоположными зарядами и заполненных диэлектрической жидкостью, коллекторы, выполненные из электропроводящего материала, отличающийся тем, что корпус состоит из обечайки, заглушенной с обоих торцов горячей стенкой, покрытой изнутри слоем электропроводящего материала, и холодной стенкой, выполненного из диэлектрического материала и помещенного внутрь обечайки коаксиально кожуху таким образом, что между его верхним торцом и горячей стенкой, нижним торцом и холодной стенкой имеются зазоры, сообщающиеся с каналом транспортировки пара, образующие зоны испарения и конденсации, вертикальной П-образной перегородки, выполненной из диэлектрического материала, верхняя перекладина которой примыкает к внутренней поверхности горячей испарительной стенки и делит на два сектора электропроводный слой и зону испарения, а вертикальные полосы - полость между обечайкой, кожухом, горячей и холодной стенками - на два равных по своим размерам отсека, заполненных фитилями, выполненными из разных по своим электрохимическим характеристикам пористых материалов, позволяющих получать положительные или отрицательные заряды в рабочем теле и примыкающих у горячей стенки к разным секторам электропроводного слоя, служащим коллекторами положительных и отрицательных зарядов и снабженным наружными клеммами, причем в качестве рабочего тела используется диэлектрическая жидкость.