Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛОВАЯ ТРУБА С ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИМ ГЕНЕРАТОРОМ

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.