КОНВЕКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР
CONVECTIVE ELECTROSTATIC GENERATOR

Изобретение относится к области электрогидродинамики и может быть использовано для запитки ряда технологических процессов, использующих высокое напряжение и малые токи.
Известна электрогидродинамическая 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 основном энергии 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 (подвода тепла) и конденсации (отвода тепла) и паровым каналом, установленные 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.
Известна тепловая труба [4] в которой электростатическая энергия вырабатывается при пропускании жидкого диэлектрика через пористое тело. Огромные тепловые затраты, направленные на испарение теплоносителя и требование к герметичности корпуса делают генераторы высокого напряжения это типа дорогостоящими в производстве и энергозатратными. Пористые перегородки выполнены коаксиальными и по всей своей длине имеют перфорации, что позволяет части конденсата стекать через перфорации и не участвовать в преобразовании энергии.
Генераторы высокого напряжения на конвективном принципе гораздо проще и менее энергозатратны, поскольку тепло не тратится на фазовый переход (испарение), а только на создание конвекции.
В качестве прототипа выбран конвективный электростатический генератор [5], содержащий корпус, заполненный жидким диэлектриком, с восходящими каналом, содержащим зону подвода тепла в нижней части и нисходящим каналом, содержащим зону отвода тепла в верхней части и пористую перегородку, снабженную электродами.
Однако из-за слабой конвекции в корпусе такой генератор вырабатывает электростатическую энергию неэффективно.
Целью предлагаемого электростатического генератора является многократное увеличение циркуляции жидкого теплоносителя через пористую перегородку, а, следовательно, и пропорциональное увеличение производительности выработки электростатической энергии.
Указанная цель достигается тем, что электростатический генератор содержит корпус, заполненный жидким диэлектриком, с восходящими каналом, содержащим зону подвода тепла в нижней части и нисходящим каналом, содержащим зону отвода тепла в верхней части и пористую перегородку, снабженную электродами.
Особенность предлагаемого генератора заключается в том, что в качестве рабочей среды выбрана смесь двух диэлектрических жидкостей одна из которых легкоиспаряющаяся, между восходящим и нисходящим каналами расположен дополнительный канал, в нижней части которого расположена дополнительная зона подвода тепла, над верхним горизонтальным участком контура, соединяющим восходящие и нисходящие каналы установлена паровая полость, дополнительный канал выполнен в виде коаксиально расположенных внутренней и внешней трубок, дополнительная зона подвода тепла установлена с внешней стороны трубки, пространство между внешней и внутренней трубками разбито на несколько секций продольными ребрами, дополнительный канал верхней своей частью размещен в паровой полости и закреплен на перегородке, снабженной паропроводами, торец внешней трубки расположен между уровнем жидкой рабочей среды и перегородкой, а нижняя часть дополнительной трубки совмещена с нижней горизонтальной частью 18 корпуса 1.
На рис. 1 схематично изображен предлагаемый электростатический генератор. Он содержит корпус 1, заполненный жидким диэлектриком, с восходящими каналом 2, содержащим зону подвода тепла 3 в нижней части и нисходящим каналом 4, содержащим зону отвода тепла 5 в верхней части и пористую перегородку 6, снабженную электродами 7. Особенность предлагаемого электростатического генератора заключается в том, что в качестве рабочей среды выбрана смесь двух диэлектрических жидкостей одна из которых легкоиспаряющаяся, между восходящим 2 и нисходящим 4 каналами расположен дополнительный канал 8, в нижней части которого расположена дополнительная зона подвода тепла 9, над верхним горизонтальным участком контура 10, соединяющим восходящие 2 и нисходящие каналы 4 установлена паровая полость 11, дополнительный канал 8 выполнен в виде коаксиально расположенных внутренней 12 и внешней 13 трубок, дополнительная зона подвода тепла 9 установлена с внешней стороны трубки 13, пространство между внешней 13 и внутренней 12 трубками разбито на несколько секций продольными ребрами 14, дополнительный канал 8 верхней своей частью размещен в паровой полости 11, и закреплен на перегородке 15, снабженной паропроводами 16, паровая полость снабжена дополнительной зоной отвода тепла 17, торец внешней трубки 13 расположен между уровнем жидкой рабочей среды и перегородкой 15, а нижняя часть дополнительной трубки 8 совмещена с нижней горизонтальной частью 18 корпуса 1. дополнительный канал 8, который выполнен в виде коаксиально расположенных внутренней 12 и внешней 13 трубок, дополнительная зона подвода тепла 9 установлена с внешней стороны трубки 13, пространство между внешней 13 и внутренней 12 трубками разбито на несколько секций продольными ребрами 14.
На рис. 2 изображен конвективный электростатический генератор, у которого во внутренней трубке также установлена дополнительная пористая перегородка 6 с электродами 7 Работает предлагаемый электростатический генератор следующим образом. При подводе тепла к зоне 3 в восходящем канале 2 и отводе тепла из зоны отвода тепла 5 в нисходящем канале 4 более тяжелая фракция теплоносителя обеспечивает циркуляцию теплоносителя внутри контура 1 и при прохождении через пористую перегородку 6 на электродах 7 вырабатывается электростатическая энергия. Благодаря дополнительному источнику подвода тепла 9 вскипает легкоиспаряющаяся часть теплоносителя внутри дополнительного канала 8. Поскольку дополнительный канал 8 выполнен в виде коаксиально расположенных внутренней 12 и внешней 13 трубок, дополнительная зона подвода тепла 9 установлена с внешней стороны трубки 13, пространство между внешней 13 и внутренней 12 трубками разбито на несколько секций продольными ребрами 14, то паровые пузыри играют роль поршней и более эффективно выталкивают неиспаряющуюся часть теплоносителя на уровень верхнего горизонтального участка контура 10. Паровые пузыри, проходя через паропроводы 16, конденсируются в зоне отвода тепла 17 и стекают по внутренней трубке 12 вырабатывая и на дополнительной пористой перегородке 6 электростатическую энергию. При этом резко (на порядок, благодаря работе восьми эрлифтных насосов, созданных благодаря продольным ребрам 14) возрастает расход и через основную пористую перегородку 6 в нисходящей ветви 4. При отсутствии продольных ребер 14 по внутренней трубке 12 практически не перекачивается более тяжелая фракция теплоносителя.
Таким образом, предложен электростатический генератор высокого напряжения у которого конвективная составляющая циркуляции теплоносителя увеличивается за счет использования более легко испаряющейся части теплоносителя. Для работы такого генератора нужна только тепловая энергия.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР №706672.
2. Авторское свидетельство СССР №883643.
3. Авторское свидетельство СССР №1177647.
4. Авторское свидетельство СССР №2327055
5. Положительное решение по заявке РМ №20130213 на конвективный электростатический генератор.