способ преобразования тепловой энергии в электрическую энергию

Формула изобретения

Способ преобразования тепловой энергии в электрическую энергию, в котором при помощи источника преобразуемой тепловой энергии нагревают катод, расположенный внутри вакуумной камеры и на основе физического явления термоэлектронной эмиссии получают поток свободных электронов в вакууме, направленный от катода к аноду, при этом возникающую разность потенциалов между катодом и токосъемным электродом используют для создания электрического тока во внешней цепи, содержащей полезную нагрузку, отличающийся тем, что в вакуумной камере, содержащей катод, термически соединенный с источником тепла, располагают токосъемный электрод сетчатой конструкции, а анод помещают вне вакуумной камеры над токосъемным электродом, причем токосъемный электрод периодически соединяют при помощи переключателя с конденсатором, накапливающим электрическую энергию преобразователя, при этом в паузах между тактами токосъема конденсатор через тот же переключатель подключают к обмотке выходного трансформатора, преобразующего постоянное напряжение в переменное, причем в тех же паузах на анод подают положительные импульсы высокого напряжения от выпрямителя, соединенного с трансформатором так, что периодически отсасывают пространственный заряд от катода, увеличивая его эмиссионную активность, при этом полезную нагрузку подключают к одной из обмоток трансформатора.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к способам преобразования тепловой энергии в электрическую энергию.

Известны способы преобразования тепловой энергии в электрическую [1,2] известен также способ, в котором для преобразования используют термоэлектронную эмиссию с поверхности катода, подогретого источником тепла [3]

Недостатком известных способов является низкий КПД (не более 3%), а также возможность преобразования только при высоких температурах (более +300^oC).

Целью предлагаемого способа является повышение КПД преобразования (до 10% и выше) и расширение диапазона температур преобразования (от +50^oC и более).

Указанная цель достигается тем, что в вакуумной камере, содержащей катод, термически соединенный с источником тепла, располагают токосъемный электрод сетчатой конструкции, а анод помещают вне вакуумной камеры над токосъемным электродом, причем токосъемный электрод периодически соединяют при помощи переключателя с конденсатором, накапливающим электрическую энергию преобразователя, при этом в паузах между тактами токосъема конденсатор через тот же переключатель подключают к обмотке выходного трансформатора, преобразующего постоянное напряжение в переменное, причем в тех же паузах на анод подают положительные импульсы высокого напряжения от выпрямителя, соединенного с трансформатором так, что периодически отсасывают пространственный заряд от катода, увеличивая его эмиссионную активность, при этом полезную нагрузку подключают к одной из обмоток трансформатора.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежом. Внутри вакуумной камеры 1 располагают катод 2 ненакаливаемого типа и токосъемный электрод 3 сетчатой конструкции, а на наружной стороне вакуумной камеры располагают анод 4, причем корпус вакуумной камеры выполняют из материала, не проводящего электрический ток (стекло, керамика). Поверхность катода, расположенную внутри вакуумной камеры, выполняют активной, способной эмитировать электроны без накаливания, для чего подвергают специальной обработке [4] Начало эмиссии электронов вызывают при помощи вспомогательного стартового катода (на чертеже не показан). Токосъемный электрод 3 выполняют из материала с работой выхода электронов значительно меньшей по сравнению с катодом. Наружную поверхность катода термически соединяют с источником преобразуемого тепла 5. Токосъемный электрод 3 располагают под анодом в области накопления электронов под действием положительного поля и периодически соединяют через переключатель 6 с конденсатором 7, накапливающим электрическую энергию преобразователя. В паузах между тактами токосъема конденсатор через тот же переключатель подключают к обмотке выходного трансформатора 8, преобразующего импульсы постоянного напряжения в переменное напряжение. В тех же паузах на анод 4 подают импульсы положительного напряжения для рассасывания пространственного заряда от катода и концентрации электронов в области токосъемного электрода. Полезную нагрузку подключают к одной из обмоток трансформатора 10.

Частоту переключения переключателя 6, а также параметры преобразователя выбирают экспериментально из условий получения максимальной мощности на нагрузке 9.

Сравнительный анализ с известными способами и прототипом [3] позволяет сделать вывод о том, что предлагаемый способ имеет новизну, изобретательский уровень и промышленно применим как для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, так и для утилизации тепловых потерь на промышленных объектах.

Преимуществами предлагаемого способа являются:

высокий КПД преобразования благодаря применению ненакаливаемого катода и периодическому ускорению электронного потока от катода к токосъемному электроду, а также расположение анода вне баллона, что резко снижает ток в цепи анода;

технологическая простота преобразования;

возможность преобразования в переменное напряжение, удобное для передачи по ЛЭП.

возможность снятия тепловой энергии с больших площадей, что позволяет применить данный способ с большой эффективностью для преобразования солнечной энергии в электрическую на солнечных электрических станциях, являющихся экологически чистыми, поэтому являющимися наиболее перспективными.