ТЕПЛОВАЯ ТРУБА С ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИМ ГЕНЕРАТОРОМ Российский патент 2017 года по МПК F28D15/02 B05B5/16 

Изобретение относится к области теплотехники, точнее к области теплообменных аппаратов, способных преобразовать тепловую энергию в электростатическую энергию.

Известно множество технологических процессов, которые используют электростатическую энергию. Это подробно описано в книге «Электростатика в технике» Тэнэсеску Ф., Крамарюк Р. М.: Энергия, 1080, 296 с., перевод с румынского.

Реализовать такие процессы в автономном варианте практически невозможно. Нужна линия электропередачи и устройство, преобразующее электромагнитную энергию в электростатическую. В автономном варианте можно воспользоваться обыкновенным костром и получить электростатическую энергию на предлагаемом устройстве. В самом простом варианте можно электростатическую энергию преобразовать в свет с помощью светодиодных ламп и освещать, например, туристическую палатку или использовать в электростатических насосах или электрогидродинамических теплообменниках, например, тех же тепловых труб, в которых электростатическая энергия используется для интенсификации тепло - и массообмена.

Известна электрогиродинамическая тепловая труба с электрогидродинамическим генератором [1], содержащая испаритель, конденсатор и установленный в паровом объеме электрогидродинамический преобразователь энергии потока пара теплоносителя в электрическую энергию с ионизатором, возбудителем и коллектором, причем электрогидродинамический преобразователь выполнен в виде сопла из биметаллических пластин, покрытых со стороны потока пара диэлектриком, а между коллектором и ионизатором включен регулируемый высоковольтный трансформатор, служащий возбудителем.

Однако в такой тепловой трубе в электростатическую энергию преобразуется в основном энергия пара, что не эффективно.

Известна также электрогидродинамическая тепловая труба с ЭГД генератором [2], у которого коллектор снабжен по периферии металлическим цилиндром, охваченным диэлектрической обечайкой, а в качестве диэлектрика для покрытия биметаллических пластин использован электрет.

В такой трубе действительно сокращается время самозапуска, но в основе по-прежнему лежит неэффективное преобразование энергии пара.

В качестве аналога выбрана электрогидродинамическая тепловая труба [3], содержащая корпус с зонами испарения и конденсации и паровым каналом, установленные в канале ионизатор в виде сопла и коллектор электрических зарядов, сборник конденсата, размещенный в зоне конденсации и соединенный с помощью трубки с соплом.

В такой тепловой трубе для получения электростатической энергии используется более эффективный процесс - диспергирование конденсата. Однако при диспергировании конденсата часть образующихся капель имеет положительный заряд, а часть - отрицательный. При попадании на коллектор заряд от положительно и отрицательно заряженных капель частично компенсируют друг друга, что снижает выходную мощность генератора.

В качестве прототипа выбрана тепловая труба с ЭГД генератором [4], в которой впервые применены два генератора, которые улавливают отдельно положительные и отрицательные заряжены капли.

Однако и такая тепловая труба обладает рядом недостатков. Основным недостатком такой тепловой трубы можно признать неэффективный распыл конденсата. Причина неэффективности - неиспользование высокоскоростного движения пара для распыла конденсата. Неэффективность работы ЭГД генератора в тепловой трубе также объясняется тем, что распыленные капли двигаются от ионизатора к коллектору по кратчайшему расстоянию, что может привести к нежелательному и преждевременному разряду между ионизатором и коллектором. Гораздо большее расстояние при движении капель реализуется в случае их вихревого движения. Это в свою очередь позволит на коллекторе реализовать существенно более высокий электрический потенциал.

Целью предлагаемой тепловой трубы является существенное увеличение получения электростатической энергии.

Предлагаемая тепловая труба содержит корпус с зонами испарения в нижней части и зоной конденсации в верхней части и размещенную между ними перегородку, в которой прикреплены два паропровода, центральный конденсатопровод и два боковых конденсатопровода, верхние концы которых сообщены с зоной конденсации, при этом верхний конец центрального трубопровода установлен выше верхних концов боковых коденсатопроводов, а нижний конец установлен внутри капиллярной структуры, две металлические емкости, расположенные снаружи корпуса, каждая из которых с внешней стороны снабжена диэлектрической обечайкой, в верхней части емкости установлены сопла, а нижняя часть сообщается через трубопроводы с капиллярной структурой, а внутри емкости ниже сопел установлено по одному ионизирующему электроду и коллектору зарядов, причем каждый из которых подключен к металлическому корпусу емкости, при этом каждый ионизирующий электрод подключен посредством разъемов высокого напряжения к металлическому корпусу противоположной стороны.

Особенностью предлагаемой тепловой трубы можно признать то, что внутри парового канала, на уровне сопла установлена перегородка, сверху и снизу перегородки дополнительно установлены паровые подводящие каналы и отводящие каналы, между конденсатопроводами и соплами установлена вихревые камеры, причем подводящие паровые каналы установлены тангенциально относительно вихревых камер 19.

Техническим результатом можно признать более эффективный распыл конденсата за счет его закручивания паром и увеличения расстояния между коллектором и эмиттером, что позволяет поднять эффективность электростатического генератора.

На рис. 1 схематично изображена тепловая труба с электрогидродинамическими генераторами. Она содержит корпус 1 с зонами испарения 2 в нижней части и зоной конденсации 3 в верхней части парового канала 4 и размещенную между зонами 2 и 3 перегородку 9, в которой прикреплены два паропровода 10, центральный конденсатопровод 16 и два боковых конденсатопровода 7, верхние концы которых сообщены с зоной конденсации 3, при этом верхний конец центрального трубопровода 16 установлен выше верхних концов боковых коденсатопроводов 7, а нижний конец установлен внутри капиллярной структуры 11, две металлические емкости 13, расположенные снаружи корпуса 1, каждая из которых с внешней стороны снабжена диэлектрической обечайкой 12, в верхней части емкости установлены сопла 8, а нижняя часть сообщается через трубопроводы с капиллярной структурой 11, а внутри емкости ниже сопел 8 установлено по одному ионизирующему электроду 15 и коллектору зарядов 6, причем каждый из которых подключен к металлическому корпусу емкости 13, при этом каждый ионизирующий электрод 15 подключен посредством разъемов высокого напряжения к металлическому корпусу 13 противоположной стороны.

На Рис. 2 представлена вихревая камера 19 с подводящими каналами 18.

Особенность предлагаемой тепловой трубы проявляется в том, что внутри парового канала 4, на уровне сопел 8 установлена перегородка 17, сверху и снизу перегородки 17 дополнительно установлены паровые подводящие каналы 18 и отводящие каналы 20, между верхними концами конденсатопроводов 7 и соплами 8 установлены вихревые камеры 19, причем подводящие паровые каналы 18 установлены тангенциально относительно вихревых камер 19.

Другой особенностью можно признать то, что площадь поперечного сечения в отводящем канале 20 к площади поперечного сечения в подводящем канале лежит в диапазоне от 3 до 5.

Работает предлагаемая тепловая труба следующим образом.

При подведении тепла к зоне испарения 2 жидкий легкоиспаряющийся теплоноситель испаряется и в виде пара поднимается по паропроводу 4 и, проходя через подводящие каналы 18, устремляется с большой скоростью в вихревую камеру 19. Соотношение площадей подводящих 18 и отводящих 20 пар каналов способствует большой скорости пара в вихревых камерах 19. При соотношении площадей менее 3 скоростей пара в вихревой камере 19 не хватает для полного закручивания потока конденсата, а при соотношении свыше 5 резко увеличивается гидравлическое сопротивление в подводящем канале 18. Пар в вихревой камере 19, взаимодействуя с конденсатом, попадающим в вихревую камеру 19 через верхние концы конденсатопроводов 7, закручивает конденсат и в таком виде падает его в сопла 8. При этом создаются оптимальные условия для распыла конденсата. Проходя через ионизирующие электроды 15, капли заряжаются. Этому способствует то, что каждый ионизирующий электрод 15 подключен посредством разъемов высокого напряжения к металлическому корпусу 13 противоположной стороны. Окончательно заряды снимаются на коллекторах 6, а конденсат вновь возвращается в зону испарения 2.

Благодаря приданию потоку капель вихревого движения, реализуются оптимальные условия для диспергирования и увеличивается расстояние, проходящее каплями между ионизирующими электродами 15 и коллекторами 6, что позволяет существенно поднять напряжение на коллекторе 6. Обе вихревые камеры 19 отделены от заземленных участков корпуса диэлектрическими обечайками 12 и поэтому эти вихревые камеры производят электростатическую энергию противоположного знака, а в целом действие обеих вихревых камер 19 электронейтрально.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №706672.

2. Авторское свидетельство СССР №883643.

3. Авторское свидетельство СССР №1177647.

4. Положительное решение по заявке РМ №20120121.

Изобретение относится к области теплотехники. Тепловая труба с электрогидродинамическим генератором, у которой внутри парового канала 4 на уровне сопел 8 установлена перегородка 17. Также снаружи корпуса расположены две металлические емкости 13, внутри которых установлено по одному ионизирующему электроду и коллектору зарядов. При этом сверху и снизу относительно перегородки 17 дополнительно установлены паровые подводящие каналы 18 и отводящие каналы 20, а между верхними концами конденсатопроводов 7 и соплами 8 установлены вихревые камеры 19. Причём подводящие паровые каналы 18 установлены тангенциально относительно вихревых камер 19, что позволяет обеспечить более эффективный распыл конденсата, тем самым увеличивая расстояние, преодолеваемое каплями между ионизирующими электродами и коллекторами 6 в металлических емкостях 13. Изобретение позволяет поднять эффективность электростатического генератора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Тепловая труба, содержащая корпус с зонами испарения в нижней части и зоной конденсации в верхней части и размещенная между ними перегородка, в которой прикреплены два паропровода, центральный конденсатопровод и два боковых конденсатопровода, верхние концы которых сообщены с зоной конденсации, при этом верхний конец центрального трубопровода установлен выше верхних концов боковых коденсатопроводов, а нижний конец установлен внутри капиллярной структуры, две металлические емкости, расположенные снаружи корпуса, каждая из которых с внешней стороны снабжена диэлектрической обечайкой, в верхней части емкости установлены сопла, а нижняя часть сообщается через трубопроводы с капиллярной структурой, а внутри емкости ниже сопел установлено по одному ионизирующему электроду и коллектору зарядов, причем каждый из которых подключен к металлическому корпусу емкости, при этом каждый ионизирующий электрод подключен посредством разъемов высокого напряжения к металлическому корпусу противоположной стороны, отличающаяся тем, что внутри парового канала, на уровне сопел установлена перегородка сверху и снизу перегородки дополнительно установлены паровые подводящие каналы и отводящие каналы, между верхними концами конденсатопроводов и соплами установлены вихревые камеры, причем подводящие паровые каналы установлены тангенциально относительно вихревых камер.

2. Тепловая труба по п. 1, отличающаяся тем, что площадь поперечного сечения в отводящем канале к площади поперечного сечения в подводящем канале лежит в диапазоне от 3 до 5.