ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР Российский патент 2020 года по МПК H02N3/00 H02N1/10 

Изобретение относится к области генерации электроэнергии путем электризации диэлектрических веществ, а именно к устройствам, в которых тепловая или кинетическая энергия преобразуется в электрическую энергию путем ионизации жидкой или газовой среды и снятия с нее заряда.

Изобретение может быть использовано для снабжения электроэнергией промышленных объектов, при производстве электроэнергии для населения, проживающего в жилищных массивах, многоквартирных домах и в объектах индивидуальной застройки.

Известны электрогенераторы [1], [2], содержащие устройство для создания электростатического заряда путем трения между перемещающимися относительно друг друга твердыми предметами, электроды для снятия электростатического заряда. Полученная таким способом электроэнергия может даже не восполнять энергии, необходимой для преодоления сил трения.

Известен электрогенератор [3], содержащий устройство для создания электростатического поля путем теплового перемещения молекул газа и электроды. Такой электрогенератор является источником питания с небольшим напряжением и малой мощностью вследствие малой скорости перемещения зарядов.

Наиболее близким по технической сути является электрогенератор [4], содержащий выполненную в электроизоляционном корпусе камеру для создания электростатических зарядов в среде с диэлектрическими веществами, устройство для поляризации электрического поля, устройство для приведения в движение среды, первый и второй электроды.

Недостатки такого электрогенератора заключаются в его небольшой мощности вследствие того, что в основном во многих средах присутствует лишь небольшой процент примесей из диэлектрических веществ, необходимых для образования электростатического заряда и необходимость в измельчителе исходного сырья.

Техническим результатом изобретения является увеличение мощности электрогенератора и достижение непрерывности работы электрогенератора.

Данный технический результат достигается в электрогенераторе, содержащем выполненную в электроизоляционном корпусе камеру для создания электростатических зарядов в среде с диэлектрическими веществами, снабженную загрузочным люком для сырья, соединенным с выходом аппарата вихревого слоя ферромагнитных элементов, способного измельчать сырье до микронного уровня, а вход которого связан с бункером сырья, устройство для поляризации электрического поля, устройство для приведения в движение среды, первый и второй электроды, тем, что среда с диэлектрическими веществами образована в виде смеси воздуха и газообразных и твердых продуктов термического разложения загружаемых в камеру углеродсодержащих материалов, устройство для приведения в движение среды содержит соединенный заборным узлом с атмосферой нагнетатель, выход которого соединен с входящим в верхнюю часть камеры патрубком так, что газовый поток направлен по касательной к боковой поверхности верхней части камеры, устройство для поляризации электрического поля расположено в патрубке и выполнено как устройство для создания постоянного магнитного поля с направлением полюсов вдоль патрубка, в нижней части камеры выполнен металлический рассекатель, первый электрод образован рассекателем и внутренней металлической оболочкой на боковой поверхности камеры, второй электрод образован внешней металлической оболочкой на боковой поверхности корпуса, концентричной с внутренней металлической оболочкой, а также введением аппарата вихревого слоя ферромагнитных элементов, позволяющего организовать непрерывный поток углеродсодержащего сырья в камеру.

В одном частном случае в электрогенераторе в первом и втором электродах выполнены электрические контакты.

В другом частном случае в электрогенераторе один из электродов электрически заземлен.

В еще одном частном случае в электрогенераторе электрическое заземление подведено к электрическому контакту второго электрода.

В следующем частном случае в электрогенераторе устройство для создания постоянного магнитного поля выполнено в виде стержневого постоянного магнита.

В последующем частном случае в электрогенераторе северный полюс постоянного магнита направлен в сторону камеры.

Так как среда с диэлектрическими веществами образована в камере в виде смеси воздуха и газообразных и твердых продуктов термического разложения углеродсодержащих материалов, устройство для приведения в движение среды содержит нагнетатель, выходящий из которого по патрубку газовый поток направлен по касательной к боковой поверхности верхней части камеры, то в находящейся в камере среде образуется многочисленное количество электрически заряженных частиц и молекул, что обеспечивает образование значительного электростатического заряда. В результате повышается мощность электрогенератора.

Посредством того, что устройство для поляризации электрического поля расположено в патрубке и выполнено как устройство для создания постоянного магнитного поля с направлением полюсов вдоль патрубка, обеспечивается повышение мощности электрогенератора вследствие придания совокупности электростатически заряженных частиц однонаправленной ориентации.

Вследствие того, что в камере выполнен металлический рассекатель, первый электрод образован рассекателем и внутренней металлической оболочкой на боковой поверхности камеры, второй электрод образован внешней металлической оболочкой на боковой поверхности корпуса, повышается мощность электрогенератора ввиду значительного значения индуцируемого заряда на электродах, имеющих повышенную площадь поверхности.

На фиг. 1 представлен вид электрогенератора; на фиг. 2 - вид электрогенератора в разрезе по А-А фиг. 1; на фиг. 3 - выполнение электрического контакта в первом электроде; на фиг. 4 - выполнение электрического контакта во втором электроде; на фиг. 5 - схема соединения электродов с нагрузкой.

Электрогенератор (фиг. 1) содержит корпус 1, выполненный из легкого жаропрочного бетона и являющийся тепловым и электрическим изолятором. В корпусе 1 выполнена камера 2, верхней частью которой является крышка 3. В нижней части камеры 2 на решетке 4 установлен конусообразный рассекатель 5 из металлического материала. На боковой поверхности 6 камеры 2 расположена внутренняя металлическая оболочка 7, соединенная посредством решетки 4 с рассекателем 5 и являющаяся первым электродом. В качестве второго электрода служит внешняя металлическая оболочка 8, расположенная на боковой поверхности 9 корпуса 1. Между внутренней поверхностью 6 корпуса 1 и рассекателем 5 образован зазор 10 для выпадения шлака в низ корпуса 1 и выхода газообразных продуктов через трубопровод 11. В крышке 3 образован люк 12 для загрузки углеродсодержащих материалов, С люком 12 соединен выход аппарата вихревого слоя 18, вход которого соединен с бункером углеродсодержащего сырья. К крышке 3 подсоединен патрубок 13 для подачи воздуха от нагнетателя 14, входной узел которого соединен с атмосферой. В патрубке 13 вдоль его продольной оси 15-15 расположен стержневой постоянный магнит 16, намагниченный в продольном направлении. Причем северный полюс постоянного магнита 16 направлен в сторону камеры 2.

В камере 2 предусмотрено устройство для поджига сырья, не показанное на чертежах, так как оно не является существенным для раскрытия сущности изобретения. Устройство для поджига сырья может быть выполнено как горелка.

В крышке 3 (фиг. 2) продольная ось 15-15 патрубка 13 расположена параллельно касательной к поверхности 17 крышки 3. Вследствие этого создается тангенциальное направление движения смеси воздуха и газообразных и твердых продуктов термического разложения углеродсодержащих материалов, составляющих среду камеры 2.

Электрический контакт (фиг. 3) в первом электроде образован таким образом. В резьбовое отверстие 18 на внутренней металлической оболочке 7 ввинчен винт 19. Под головкой 20 винта 19 расположен лепесток 21, к которому подпаян проводник 22, подсоединенный к контакту XI.

Для образования электрического контакта во втором электроде (фиг. 4) на внешней металлической оболочке 8 выполнено резьбовое отверстие 23, в которое ввинчен винт 24. Под головку 25 винта 24 установлен лепесток 26, к которому подпаян проводник 27, подсоединенный к контакту Х2.

Посредством идущего от контакта XI (фиг. З) проводника 28 и проводника 29 от контакта Х2 электрогенератор подсоединяется к устройству 30 потребителя электроэнергии, который представляет нагрузку электрогенератора. При этом электрическое заземление подсоединено к проводнику 29.

Электрогенератор работает таким образом. Имеющая в своем составе углеродсодержащие вещества разного вида продукция, такая как каменный уголь, отходы лесопереработки, отходы бумажной, текстильной и химической промышленности, твердые бытовые отходы, через люк 12 загружается из бункера сырья в аппарат вихревого слоя 18, в котором под действием эффектов, сопровождающих магнитострикцию или кавитацию ферромагнитньгх элементов размалывается до микронного размера частиц и поступает далее в предварительно разогретую до 400-1000°С (в зависимости от вида продукции) камеру 2. С помощью рассекателя 5 загружаемая продукция укладывается ровным слоем по поверхности рассекателя 5. Вследствие высокой температуры в камере 2 и поджига происходит воспламенение углеродсодержащих веществ. В то же время в камеру 2 от нагнетателя 14 через патрубок 13 подается газ, поток которого направлен по касательной к боковой поверхности 17 крышки 3, параллельной продольной оси 15-15 патрубка 13. Возникает вихревое движение вместе с газом образуемой в результате термохимической конверсии газовой среды, в которой во взвешенном состоянии наличествуют частицы твердых продуктов термического разложения компонентов загружаемой продукции. При движении частиц происходит их электризация вследствие трения о воздух. Между заряженными частицами возникает искровой разряд, что способствует более интенсивной термохимической конверсии, приводящей к расщеплению находящихся в камере 2 веществ до уровня молекул. Совокупность зарядов частиц и молекул создает электростатический заряд значительной величины, так как весь объем камеры 2 плотно заполнен мельчайшими заряженными частицами. Тогда эта среда из многочисленных заряженных мелких частиц и молекул приобретает совокупный электростатический заряд, посредством которого индуцируются электрические заряды на внешней металлической оболочке 8 и внутренней металлической оболочке 7.

Индуцированные электрические заряды создают разность электрических потенциалов между внешней металлической оболочкой 8 и внутренней металлической оболочкой 7.

При наличии нагрузки, представляющей подключаемое к контактам XI и Х2 устройство 30 потребителя электроэнергии, на электрических контактах XI и Х2 образуется напряжение U, которое является выходным напряжением электрогенератора. Так как заземлена подсоединенная к контакту Х2 внешняя металлическая оболочке 8, а северный полюс постоянного магнита 16 направлен в сторону камеры 2, то положительным полюсом напряжения U является контакт XI.

При наличии повышенного давления в камере 2, вызванного подачей газа от нагнетателя 14 и давлением газообразных продуктов, образовавшихся в результате термического разложения компонентов загружаемой продукции, шлак и газообразные продукты через решетку 4 и зазор 10 выводятся в нижнюю часть камеры 2. Шлак оседает на дно камеры 2, а газообразные продукты выводятся по трубопроводу 11. В результате интенсивного термического разложения компонентов загружаемой продукции в камере 2 производится переработка разнообразной продукции, в которой присутствуют углеродсодержащие вещества.

Так как следующая потоком загружаемая продукция после термического разложения выводятся из камеры 2 в основном в виде газообразных продуктов, вследствие чего происходит постоянное обновление среды в камере 2, то объем среды в камере 2 остается практически постоянным. На этом основании нет причин для ограничения объема камеры 2. Поэтому чем больше будет выполнен объем камеры 2, тем больше будет величина электростатического заряда и больше мощность электрогенератора.

Ввиду того, что внешняя металлическая оболочка 8 и внутренняя металлическая оболочка 7 расположены по боковой поверхности 9 корпуса 1 и боковой поверхности 6 камеры 2 соответственно, то они имеют наибольшие площади поверхности. Кроме того к площади боковой поверхности 6 прибавляется площадь поверхности рассекателя 5. Таким образом вследствие повышенных площадей электродов обеспечивается повышенное значение индуцируемого заряда. Так как создается значительный электростатический заряд, то и велика разность электрических потенциалов между электродами.

Таким образом создается электрогенератор повышенной мощности за счет образования большего электростатического заряда и высокой разности электрических потенциалов. При этом чем больше объем камеры 2, тем больше мощность электрогенератора. Постоянное обновление среды в камере 2 постоянное поступление сырья создает предпосылки для устойчивой работы электрогенератора.

Источники информации

1. Патент РФ №2214033 МПК H02N 1/08. Электростатический индукционный генератор с умножением зарядов. 10.10.2003.

2. Патент США №6771002 МПК H02N 1/00, НКИ 310/309. High voltage electrostatic generator. 22.03.2001.

3. Патент ЕР 2321895 МПК H02N 3/00. Device and method for generation electricity. 08.09.2008.

4. Патент США №7446450 МПК H02N 1/00, НКИ 310/309. Method and system using liquid dielectric for electrostatic power generation. 04.11.2008.

Изобретение относится к электротехнике, к генерации электроэнергии путем ионизации жидкой или газовой среды и снятия с нее заряда. Технический результат - повышение мощности и продолжительности работы. Электрогенератор содержит выполненную в электроизоляционном корпусе камеру для создания электростатических зарядов в среде с диэлектрическими веществами, снабженную загрузочным люком для сырья, соединенным с выходом аппарата, способного измельчать углеродсодержащее сырье до микронного уровня, вход которого связан с бункером сырья, устройство для поляризации электрического поля, устройство для приведения в движение среды, первый и второй электроды. Среда с диэлектрическими веществами образована в виде смеси воздуха и газообразных и твердых продуктов термического разложения, загружаемых в камеру углеродсодержащих материалов. Устройство для приведения в движение среды содержит нагнетатель, выход газового потока которого по патрубку направлен по касательной к боковой поверхности камеры. Устройство для поляризации электрического поля расположено в патрубке и выполнено как устройство для создания постоянного магнитного поля с направлением полюсов вдоль патрубка. В камере выполнен металлический рассекатель, первый электрод образован рассекателем и внутренней металлической оболочкой на боковой поверхности камеры, а второй электрод - внешней металлической оболочкой на боковой поверхности корпуса. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электрогенератор, содержащий выполненную в электроизоляционном корпусе камеру для создания электростатических зарядов в среде с диэлектрическими веществами, загрузочным люком для углеродсодержащего сырья, соединенным с выходом аппарата для измельчения углеродсодержащего сырья, вход которого связан с бункером для углеродсодержащего сырья, устройство для поляризации электрического поля, устройство для приведения в движение среды, первый и второй электроды, отличающийся тем, что среда с диэлектрическими веществами образована в виде смеси воздуха и газообразных и твердых продуктов термического разложения загружаемого в камеру углеродсодержащего сырья, устройство для приведения в движение среды содержит соединенный заборным узлом с атмосферой нагнетатель, выход которого соединен с входящим в верхнюю часть камеры патрубком так, что газовый поток направлен по касательной к боковой поверхности верхней части камеры, устройство для поляризации электрического поля расположено в патрубке и выполнено как устройство для создания постоянного магнитного поля с направлением полюсов вдоль патрубка, в нижней части камеры выполнен металлический рассекатель, первый электрод образован рассекателем и внутренней металлической оболочкой на боковой поверхности камеры, второй электрод образован внешней металлической оболочкой на боковой поверхности корпуса, концентричной с внутренней металлической оболочкой;

2. Электрогенератор по п. 1, отличающийся тем, что в первом и втором электродах выполнены электрические контакты.

3. Электрогенератор по п. 1, отличающийся тем, что один из электродов электрически заземлен.

4. Электрогенератор по п. 3, отличающийся тем, что электрическое заземление подведено к электрическому контакту второго электрода.

5. Электрогенератор по п. 1, отличающийся тем, что устройство для создания постоянного магнитного поля выполнено в виде стержневого постоянного магнита.

6. Электрогенератор по п. 5, отличающийся тем, что северный полюс постоянного магнита направлен в сторону камеры.