ТЕПЛОТРУБНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ
HEAT PIPE ELECTRIC ELEMENT

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. H02N 3/00, 1940].
Недостатками известного устройства являются громоздкость конструкции и значительные затраты энергии для привода циркуляционного насоса, что снижает его эффективность.
Более близким к предлагаемому изобретению является теплотрубный электростатический генератор, который содержит: корпус, состоящий из обечайки, заглушенной с обоих торцов горячей и холодной стенками, выполненными из диэлектрического материала, и помещенного внутрь обечайки коаксиально кожуха таким образом, что между его верхним торцом и горячей стенкой, нижним торцом и холодной стенкой имеются зазоры, сообщающиеся с каналом (зоной) транспортировки пара, образующие зоны испарения и конденсации; вертикальную П-образную перегородку, выполненную из диэлектрического материала, делящую транспортную зону на два равных по своим размерам отсека, заполненных фитилями, выполненными из разных по своим электрохимическим характеристикам пористых материалов, позволяющих получать положительные или отрицательные заряды в рабочем теле, коллекторы положительных и отрицательных зарядов, снабженные наружными клеммами, причем в качестве рабочего тела используется диэлектрическая жидкость [Патент РФ №2327055, Мкл. H02N 3/00, 2008].
Основными недостатками известного теплотрубного электростатического генератора являются сложность установки необходимой величины зазоров между торцами кожуха и холодной и горячей стенками, необходимость устройства в нем двух разных отсеков с различными электрохимическими свойствами размещенных в них фитилей, что усложняет его конструкцию и режимы эксплуатации, сужает область его применения и в конечном счете снижает его эффективность и надежность.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение эффективности и надежности теплотрубного электрического элемента.
Технический результат достигается в теплотрубном электрическом элементе, который содержит корпус, выполненный из диэлектрического материала и состоящий из обечайки, заглушенной с обоих торцов горячей и холодной стенками, выполненными из диэлектрического материала; кожух, выполненный из электропроводящего материала, помещенный внутрь обечайки коаксиально таким образом, что его верхний и нижний торцы выполнены зубчатыми по всему периметру и плотно прижаты вершинами зубцов к внутренним поверхностям горячей и холодной стенок с образованием между зубцами треугольных отверстий, сообщающихся с зоной транспортировки пара, образуя зоны испарения и конденсации, кольцевое пространство между обечайкой и кожухом заполнено фитилем, выполненным из пористого материала с однородной электрохимической характеристикой, в свою очередь, заполненным рабочей жидкостью - диэлектриком, а верхний и нижний торцы кожуха соединены электропроводами с верхней и нижней наружными клеммами.
На фиг.1-2 представлен предлагаемый теплотрубный электрический элемент (фиг.1 - общий вид, фиг.2 - поперечный разрез).
Теплотрубный электрический элемент (ТТЭЭ) включает: корпус 1, выполненный из диэлектрического материала, состоящий из обечайки 2, заглушенной с обоих торцов горячей 3 и холодной 4 стенками, также выполненными из диэлектрического материала; кожух 5, выполненный из электропроводящего материала и являющийся коллектором электрических зарядов, помещенный внутрь обечайки 2 коаксиально таким образом, что его верхний и нижний торцы выполнены зубчатыми по всему периметру и плотно прижаты вершинами зубцов 6 к внутренним поверхностям горячей и холодной стенкам с образованием между зубцами 6 треугольных отверстий 7, сообщающихся с зоной транспортировки пара 8, образуя зоны испарения 9 и конденсации 10; зону транспортировки жидкости 11, расположенную в кольцевом пространстве между обечайкой и кожухом, заполненным фитилем 12, выполненным из пористого материала с однородной электрохимической характеристикой, в свою очередь, заполненным рабочей жидкостью - диэлектриком; электропроводов 13 и 14, соединяющих верхний и нижний торцы кожуха 5 с верхней и нижней наружными клеммами 15 и 16 соответственно.
В основе работы предлагаемого ТТЭЭ лежит способность диэлектрических жидкостей подвергаться электризации при движении через трубопроводы и особенно через пористые перегородки, в которых величина тока электризация может увеличиться на несколько порядков [В.В.Захарченко 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 т.д. [В.В.Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Выш. школа, 1988, с.106].
Предлагаемый ТТЭЭ работает следующим образом. Предварительно перед началом работы из корпуса 1 ТТЭЭ 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 (штуцера для удаления воздуха и подачи рабочей жидкости на фиг.1-2 не показаны), в количестве большем объема пор фитиля 12 на величину конденсата пара, занимающего объем зоны транспортировки пара 8. Клеммы 15 и 16 соединяют с потребителем тока, после чего корпус 1 ТТЭЭ устанавливают таким образом, чтобы горячая стенка 3 контактировала с горячей средой, а холодная стенка 4 с холодной. В результате нагрева горячей стенки 3 в испарительной зоне 9 происходит испарение рабочей жидкости, образуется пар, который, проходя с большой скоростью через зону транспортировки пара 8, попадает в зону конденсации 10, конденсируется там за счет контакта наружной поверхности холодной стенки 4 с холодной средой, после чего образовавшийся конденсат диэлектрической жидкости всасывается порами фитиля 12 через зазоры треугольных отверстий 7 и под воздействием капиллярных сил и испарения в зоне испарения 9 адиабатно транспортируется через поры фитиля 12 (изготовленного, например, из органического волокна), где жидкость электризуется с приобретением положительных и отрицательных зарядов, которые собираются на кожухе-коллекторе 5, создавая разность потенциалов, и через провода 13 и 14, клеммы 15 и 16 поступает к потребителю, а разрядившаяся жидкость через треугольные зазоры 7 поступает в зону испарения 9, где происходит вышеописанный процесс испарения и цикл повторяется.
Таким образом, предлагаемый ТТЭЭ обеспечивает возможность получения 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 в различных отраслях народного хозяйства.