Термоэмиссионный генератор Советский патент 1992 года по МПК H01J45/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании энергетических систем на базе термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) тепловой энергии в электрическую,

Известен термоэмиссионный генератор, содержащий источник тепловой энергии и единичный двухэлектродный термоэмиссионный преобразователь, выполненный в виде двух электродов: эмиттера и коллектора, разделенных узким (0,2-0,4 мм) зазором, заполненного парами рабочего вещества, как правло цезия.

При нагреве источником тепловой энергии эмиттера ТЭП на выходе генератора создается разность потенциалов на уровне 0,4-1,0 В, что может быть использовано для электропитания внешних потребителей.

Для получения достаточно высоких выходных напряжений термоэмиссионного генератора двухэлектродные ТЭП объединяют .в блоки путем их последовательного соединения.

Недостатками известных термоэмиссионных генераторов являются пониженные надежность и ресурс, обусловленные необходимостью использования высокотемпературного источника тепловой энергии, вследствие того, что температура эмиттера двухэлектродного ТЭП должна находиться на уровне 1700-2300 К.

Наиболее близким к предлагаемому является термоэмиссионный генератор, содержащий источник тепловой энергии, последовательно соединенные секции из последовательно соединенных термоэмиссионных трехэлектродных преобразователей и источник электрической энергии, положительный и отрицательный полюса которого подключены соответственно к аноду и к сетке первого термоэмиссионного трехэлектродного преобразователя.

Использование в этом генераторе трехэлектродных ТЭП позволяет снизить рабочую температуру эмиттера до 1400 К, т.е. повысить ресурс и надежность устройства, однако необходимость использования дополнительных затрат энергии от дополнительных источников электрической энергии (на разряды сетка - анод) при собственном относительно невысоком выходном напряXJ

Јь

QS Ib. ЬО XI

жении усложняет генератор и снижает его энергомассовые параметры.

Целью изобретения является создание термоэмиссионного генератора, отличающегося простотой и повышенными энергомассовыми параметрами.

Поставленная цель достигается тем, что в термоэмиссионном генераторе, содержащем источник тепловой энергии, последова- теяьно соединенные секции из последовательно соединенных термоэмиссионных трехэлектродных преобразователей и источник электрической энергии, положительный и отрицательный полюса которого подключены соответственно к аноду и сетке первого термоэмиссиониого трех- электродного преобразователя, сетки термоэмиссионных трехэлектродных преобразователей каждой секции электрически соединены, а анод первого термоэмиссионного трехэлектроного преобразователя каждой секции подключен к сеткам термоэмиссионных трехэлектродных преобразователей следующей секции. Для повышения общей энергетической мощности генератора последовательно соединенные секции из последовательно соединенных термоэмис- сиониых трехэлектродных преобразователей могут быть соединены параллельно друг с другом.

На фиг.1 изображена принципиальная конструктивная и электрическая схема термоэмиссионного генератора, включюащегс в себя последовательно соединенные секции из последовательно соединенных термоэмиссионных трехэлектродных преобразователей; на фиг.2 - схема одной из секций; на фиг.З - схема генератора, включающая в себя несколько параллельно соединенных блоков из последовательно соединенных секций.

Термоэмиссионный генератор содержит последовательно соединенные секции

1из последовательно соединенных термоэмиссионных преобразователея (1тэп,

2тэпМтэп) и источники тепловой 2 и электрической 3 энергии. Каждый изтермоэмис- сионных трехэлектродных преобразователей включает в себя анод (А) 4, катод (К) 5 и сетку (С) 6. Сетки б термоэмиссионных трехэлектродных преобразователей каждой секции 1 электрически соединены проводником 7 накоротко. Положительный полюс (+) источника 3 электрической энергии подключен к аноду (А) А первого термоэмиссионного трехэлектрод- ного преобразователя, а отрицательный полюс (-) источника 3 - к выводу (С) от сеток 6 первой секции 1. При этом анод (А) 4 первого термоэмиссионного трехэлектродного преобразователя каждой секции 1 подключен к сеткам (выводам С) термоэмиссионных преобразователей следующей секции. Позицией 8 на чертеже обозначена нагрузка,

которая подключена к генератору.

Термоэмиссионный генератор работает следующим образом.

Секции 1 размещаются в непосредственной близости или в контакте с источни0 ком 2 тепловой энергии, обеспечивающем разогрев катодов 5 термоэмиссионных трехэлектродных преобразователей до температуры на уровне 1300-1500 К, после чего от источника 3 электрической энергии на

5 анод 4 и сетку 6 первого термоэмиссионного преобразователя первой секции генератора подают разность потенциалов (отрицательным полюсом (-) к сетке), равную, примерно, б В (для цезиевой рабочей среды вТЭП), что

0 приводит к возникновению между сеткой 6 и анодом 4 электрического разряда и к получению между электродами 4 и 5 разности потенциалов на уровне 0,4 - 0,5 В (отрицательным полюсом (-) к аноду 4). Теперь во

5 внешней цепи между сеткой второго термоэмиссионного преобразования первой секции 1 (2тэп) генератора и его анодом возникает разность потенциалов (отрицательным полюсом (-) к сетке), увеличенная

0 по сравнению с предыдущим ТЭП на 0,4-0,5 В. Процесс повторяется в каждом из элементов (2тэп. Зтэп....). В результате в конце каждой секции 1 увеличение напряжения на сетке составит величину, необходимую для

5 электропитания разряда между сеткой и анодом, т.е. приближенно 6 В (для цезия).

Это напряжение служит источником электропитания между сетками и анодом второй секции генератора и т.д. вплоть до

0 последней секции 1. После этого между началом и концом цепочки последовательно соединенных термоэмиссионных преобразователей устанавливается напряжение 6 В (для цезия), умноженное на количество сек5 ций 1, число которых выбирают из условия получения необходимого выходного напряжения. Это напряжение поступает на нагрузку 8. Повышение выходной мощности генератора обеспечивается за счет парал0 лельного соединения цепочек из секций 1 (фиг.З).

Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет создать термоэмиссионный генератор на

5 базе перспективных трехэлектродных ТЭП и при этом снизить до минимума количество вспомогательных элементов (в частности, остается необходимым только один внешний источник электропитания дополнительных разрядов), вследствие чего упростить

генератор и улучшить его энергомассовые параметры.

Формула изобретения Термоэмиссионный генератор, содержащий источник тепловой энергии, последовательно соединенные секции из последовательно соединенных термоэмиссионных трехэлектродных преобразователей и источник электрической энергии, положительный и отрицательный полюса которого подключены соответственно к аноду и сетке первого термоэмиссионного трехэлектродного преобразователя, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью упрощения устройства и улучшения его энергомассовых параметров, сетки термоэмиссионных

трехэлектродных преобразователей каждой секции электрически соединены, а анод первого термоэмиссионного трехэлектрод- ного преобразователя каждой секции подключен к сеткам термоэмиссионных

трехэлектродных преобразователей следующей секции.

Использование: создание энергетических систем на базетермоэмиссионных преобразователей переменного тока высокого напряжения. Сущность изобретения- генератор содержит последовательно соединенные секции из последовательно соединенных трехэлектродных термоэмиссионных преобразователей (ТЭП), в котором сетки ТЭП каждой секции электрически соединены, а анод первого ТЭП. каждой секции подключен к сеткам ТЭП следующей секции. 3 ил.

ОТ anoga (.fl-t) секции

к fee/гции

от ewoga

«Sce«uuu . «-Owi

к в секции