МУЛЬТИТЕПЛОТРУБНЫЙ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР
MULTI-HEAT TUBE ELECTROSTATIC GENERATOR

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для утилизации вторичных тепловых энергоресурсов и низкопотенциальной тепловой энергии природных источников, а именно для трансформации тепловой энергии в электрическую.
Известен электростатический генератор, содержащий насос, систему трубопроводов, корпус, в который помещены пористые пластины (фитили), изготовленные из материалов, позволяющих получать положительные и отрицательные заряды жидкому диэлектрику (диэлектрической жидкости), прокачиваемому через них, и переносить эти заряды на коллекторы (А.с. СССР № 66073, Мкл. Н02N 3/00, 1940).
Основными недостатками известного устройства являются громоздкость конструкции, затраты энергии для привода циркуляционного насоса, что сужает область его применения и, в конечном счете, снижает его эффективность.
Более близким к предлагаемому изобретению является теплотрубный электростатический генератор, который содержит: корпус, выполненный из диэлектрического материала и состоящий из обечайки, заглушенной с обоих торцов горячей стенкой и холодной стенкой, выполненными из диэлектрического материала, и помещенного внутрь обечайки коаксиально кожуха таким образом, что между его торцами и стенками имеются зазоры, сообщающиеся с каналом транспортировки пара, образующие зоны испарения и конденсации; перегородку, выполненную из диэлектрического материала, делящую полость между кожухом и обечайкой на два отсека, заполненных фитилями, выполненными из разных по своим электрохимическим характеристикам пористых материалов, позволяющих получать положительные или отрицательные заряды в рабочем теле, примыкающим к коллекторам положительных и отрицательных зарядов и снабженных наружными клеммами, причем в качестве рабочего тела используется диэлектрическая жидкость (Патент РФ № 2327055, Мкл. F02N 3/00, 2008).
Основным недостатком известного устройства является малая мощность генератора, обусловленная незначительной теплообменной поверхностью отдельной тепловой трубы и вытекающими отсюда низким количеством утилизируемого тепла и расходом рабочей жидкости, что снижает его эффективность.
Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности электростатического генератора.
Технический результат достигается в мультитеплотрубном электростатическом генераторе (МТТЭСГ), который содержит: корпус, выполненный из диэлектрического материала, к которому присоединены верхние обечайки, каждая из которых заглушена со своего торца горячей стенкой с центральной вставкой из электропроводящего материала, образуя испарительную зону и соосно к ним нижние обечайки, каждая из которых заглушена со своего торца холодной стенкой, которые образуют конденсационную зону, также выполненные из диэлектрического материала, цилиндрический кожух, помещенный внутри каждой пары верхней и нижней обечаек коаксиально им и проходящий через корпус таким образом, что между его верхним торцом и горячей стенкой, нижним торцом и холодной стенкой имеются зазоры, при этом цилиндрические кожухи слева направо поочередно заполнены пористыми материалами (фитилями), соединенным с полосами аналогичных материалов (фитилей) на внутренней поверхности верхней и нижней обечаек, горячей и холодной стенок, позволяющего получать положительные и отрицательные заряды в рабочем теле, соответственно, и примыкающими к холодным стенкам и центральным вставкам горячих стенок, которые соединены с фитилями и коллекторами положительных и отрицательных зарядов, снабженных клеммами, причем в качестве рабочего тела используется диэлектрическая жидкость.
На фиг.1-7 представлен предлагаемый мультитеплотрубный электростатический генератор (МТТЭСГ).
МТТЭСГ состоит из корпуса 1, выполненного из диэлектрического материала, к которому присоединены верхние обечайки 2, каждая из которых заглушена со своего торца горячей стенкой 3 с центральной вставкой из электропроводящего материала 4, образуя испарительную зону 5 и соосно к ним нижние обечайки 6, каждая из которых заглушена со своего торца холодной стенкой 7, которые образуют конденсационную зону 8, также выполненные из диэлектрического материала, цилиндрического кожуха 9, помещенного внутрь коаксиально каждой паре обечаек 2 и 6 и проходящего через корпус 1 таким образом, что между его верхним торцом и горячей стенкой 3, нижним торцом и холодной стенкой 7 имеются зазоры 10 и 11, при этом кожухи 9 поочередно, слева направо заполнены пористым материалом (фитилем) 12, позволяющим получать положительные заряды, соединенным с полосами аналогичного фитиля 13, размещенными на внутренней поверхности обечаек 2, 6 и стенок 3, 7 и пористым материалом (фитилем) 14, соединенным с полосами аналогичного фитиля 15, размещенными на внутренней поверхности обечаек 2, 6 и стенок 3, 7, позволяющим получать отрицательные заряды в рабочем теле и примыкающим к холодной стенке 7 и центральной вставке 4 горячей стенки 3, которые соединены с фитилями 12, 14 и с коллекторами положительных и отрицательных зарядов 16 и 17, снабженных клеммами 18, 19, соответственно, причем в качестве рабочего тела используется диэлектрическая жидкость.
В основе работы предлагаемого МТТЭСГ лежат: способность диэлектрических жидкостей подвергаться электризации при движении через трубопроводы и, особенно, через пористые перегородки, в которых величина тока электризации может увеличиться на несколько порядков, и способность пористых перегородок, изготовленных из разных материалов, сообщать движущейся через них жидкости, противоположные заряды (Захарченко В.В. и др. Электризация жидкостей и ее предотвращение. М., Химия, 1975, с.15-25), а также высокая эффективность передачи теплоты в тепловых трубах, которые делятся на три участка: зона испарения (подвода теплоты), адиабатная зона (переноса теплоты) и зона конденсации (отвода теплоты), покрытых изнутри фитилем, изготовленным из пористого материала и частично заполненных рабочим телом (жидкостью) - переносчиком теплоты, в качестве которой используются вода, спирты и др. органические жидкости, хладоны, жидкие металлы и т.д. (Харитонов В.В. и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. Минск. Выш. школа, 1988, с.106).
Предлагаемый МТТЭСГ работает следующим образом. Предварительно, перед началом работы из полостей корпуса 1 и обечаек 2, 6 МТТЭСГ удаляют воздух и закачивают рабочую жидкость-диэлектрик с удельным электрическим сопротивлением не менее (10-12) Ом·м, которую также выбирают в зависимости от температурного потенциала холодной и горячей сред (штуцеры для удаления воздуха и подачи рабочей жидкости на фиг.1-7 не показаны), в количестве, большем объема пор фитилей 12, 14 и 13, 15 на величину конденсата пара, занимающего внутреннюю полость устройства. Клеммы 17 и 19 соединяют с потребителем тока, после чего корпус 1 МТТЭСГ устанавливают таким образом, чтобы зона испарения (наружные поверхности обечаек 2 и стенок 3) контактировала с горячей средой, а зона конденсации (наружные поверхности обечаек 6 и холодных стенок 7) - с холодной. В результате нагрева обечаек 2 и горячей стенки 3 в испарительной зоне происходит испарение рабочей жидкости, скорость которой интенсифицируется за счет наличия на испарительной поверхности полос фитилей 13 и 15 (Тепловые трубы и теплообменники: от науки к практике. Сборник научных трудов. М., 1990, с.106), образуется пар, который через полости корпуса 1 попадает в зону конденсации 8, конденсируется там за счет контакта наружной поверхности обечаек 6 и стенок 7 с холодной средой с повышенной скоростью за счет наличия полос фитилей 13 и 15, после чего образовавшийся конденсат диэлектрической жидкости всасывается порами фитилей 12 и 14 через щель зазоров 11 и под воздействием капиллярных сил и испарения в зоне испарения адиабатно транспортируется через поры фитилей 12 (изготовленных, например, из металлической сетки) и 14 (изготовленных, например, из стекловолокнистой сетки), где жидкость электризуется с приобретением положительных и отрицательных зарядов, соответственно, и поступает через электропроводящие центральные вставки 4 в коллекторы положительных и отрицательных зарядов 16 и 17, разряжается на них, создавая разность потенциалов на клеммах 18 и 19, а разрядившаяся жидкость через зазоры 10 поступает в зону испарения, где происходит вышеописанный процесс испарения, и цикл повторяется.
Таким образом, предлагаемый МТТЭСГ обеспечивает практическую возможность получения значительного количества электрической энергии за счет утилизации вторичных тепловых энергоресурсов различного потенциала (энергии сбросных вод, отходящих газов и т.д.), тепловых ресурсов природных источников (энергии солнца, воды и т.д.), что обеспечивает его высокую эффективность.