Термоэмиссионный преобразователь

 

Сущность изобретения: дистанционаторы термоэмиссионных элементов выполнены с возможностью эффективной передачи тепла между эмиттером и коллектором, а внешний корпус полностью теплоизолирован от окружающей среды. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)э H 01 J 45/00

ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Ж0@ЩЩ 1ыГСНТ т щ(цщц. .—.c .

t ПАТЕ НТУ

Ы (21) 4763430/21 (22) 28,11.89 (46) 15,06.93. Бюл. hh 22 (76) П. M. Ерофеев (56) Синявский В. В. идр. Проектирование и испытания термоэмиссионных твэлов, М.:

Атомиздат, 1981, с. 15-24, рис. 2.1. и 2.5.

Изобретение касается прямого преобразования узкореализуемой тепловой энергии в электрическую энергию, легко транспортируемую и просто преобразуемую в широкий спектр других видов энергии — механическую, магнитную, световую и другие виды энергии и может быть использовано в геплоэлектропреобразователях воздушных и космических летательных аппаратов, наземном и водном транспорте, стационарных электростанциях.

Целью изобретения является существенное (более чем в три раза) повышение коэффициента преобразования преобразователя тепловой энергии, На фиг. 1 и 2 изображены эскизы главного узла двух иэ множества возможных вариантов предлагаемого преобразователя, а именно эскизы батарей элементов преобразования.

Фиг. 1 отличается от фиг, 2 лишь наличием электрической перемычки. Поэтому обозначения деталей на них одинаковы.

1 — герметичный корпус, 2 — теплопровод-злектроизолятор, 3 — коллекторная концевая пластина.

4 — коллекторный электрический вывод. Ы 1822505 АЗ (54) ТЕРМОЭМИССИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬЬ (57) Сущность изобретения: дистанционаторы термоэмиссионных элементов выполнены с возможностью эффективной передачи тепла между эмиггером и коллектором, а внешний корпус полностью теплоизолирован от окружающей среды. 2 з. и. ф-лы, 2 ил.

5 — эмитгер, 6 — коллектор, 7 — газ или пары (например цезия), 8 — дистанционаторы, 9 — эмиттерная концевая пластина, 10 — электрический вывод эмиттера, 11 — электрическая перемычка.

Предлагаемый преобразователь содержит источник тепла, заключенный в теплоиэолированный от внешней среды корпус, и одну или несколько батарей элементов преобразования, которые размещены внутри корпуса. Ввиду тривиальности исполнения теплоизолированного источника тепла его изображение здесь не приводится.

На фиг. 1 изображен эскиз батареи элементов преобразования, заключенной в герметичный корпус 1. Батарея элементов от герметичного корпуса 1 отделена теплопроводом-электроизолятором 2 и состоит из: концевой коллекторной пластины 3, которая соединена по электрическому току с выводом 4, эмиттеров 5 и коллекторов 6, газонаполненных промежутков 7 между эмиттерами 5 и коллекторами 6, теплопроводящих дистанционаторов 8, разделяющих эмиттеры и коллекторы flo

1822505 электрическому току, концевой эмиттерной пластины 9 с электрическим выводом 10, электрических перемычек 11 между эмиттерами и коллекторами, Описанная выше батарея элементов может быть выполнена и без перемычек 11, что приведет к уменьшению веса и габаритов батареи и повышению ее технологичности.

В этом варианте исполнения батареи эмиттеры 5 и коллекторы 6 соединены между собой непосредственно как по электрическому току так и по теплу, что видно иэ эскиза. изображенного на фиг. 2, Работает преобразователь при замыкании его коллекторного и эмиттерного sbl80дов 4 и 5 на электрическую нагрузку и поступлении от высокотемпературного (Т>1000 С) источника тепла через корпус 1 и теплопровод-электроизолятор 2 к змиттерам 5 и коллекторам 6. Температура эмиттеров 5 и коллекторов 6 в установившемся режиме почти одинакова, т.к. по теплу они соединены между собой через перемычку 11 или непосредственнО (фиг. 2) и, кроме того, через дистанционаторы 8, теплопроводэлектроизолятор 2, корпус 1.

При отводе электрической энергии от батареи элементов преобразования в нагрузку, батарея будет охлаждаться отводом этой энергии, температура ее будет понижаться до меньшей, чем у источника. Следовательно, от источника будет поступать тепловой поток в батарею для поддержания ее температуры равной температуре источника тепла. Согласно закону сохранения энергии количество поступившей энергии тепла в батарею будет практически равно электрической энергии, отводимой в нагрузку, т..к. от батареи иного отвода энергии нет.

Доказательством работоспособности элементов преобразования при равенстве температур эмигтера и коллектора может служить приведенная в работе(2) на стр. 200 экспериментальная вольт-амперная характеристика элемента при Тэмипера-1980 К и

Тколлектора=2000 К, т,е. практически. при равных температурах эмипера и коллектора. Согласно этой характеристики от одного элемента преобразования можно получить в электрическую нагрузку около 150 Вт/м .

Общий коэффициент преобразования равен произведению коэффициентов пре5

10 образования батареи и источника тепла. T.ê. коэффициент преобразования батареи близок к единице, то общий коэффициент преобразования будет практически равен коэффициенту преобразования источника тепла, Источником тепла может служить, например, камера сгорания топлива. Поскольку камера сгорания теплоизолирована, то ее коэффициент преобразования достигает высокого значения (80...95 ), т.е. более чем в три раза выше коэффициента преобразования известного преобразователя.

Формула изобретения

1. Термоэмиссионный преобразователь, содержащий внешний корпус, внутри которого размещены источник тепла и батарея последовательно соединенных через

20 электропроводящую коммутационную перемычку термоэмиссионных элементов, каждый из которых выполнен в виде отделенных друг от друга дистанционаторами эмиттера и коллектора, которые отделены от корпуса слоем электроизоляции, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения коэффициента преобразования, дистанционаторы термоэмиссионных элементов выполнены с возможностью эффективной

З0 передачи тепла между эмиттером и коллектором, а внешний корпус полностью теплоизолирован от окружающей среды.

2. Преобразователь по п, 1, о т л и ч а юшийся тем, что дистанционаторы термоЭ5 эмиссионных элементов батареи выполнены иэ материала с высокой теплопроводностью, при этом эмиттеры соединены с источником тепла через теплопровод-электроизолятор, а термо40 эмиссионные элементы плотно упакованы внутри теплового экрана, размещенного на внешнем корпусе.

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, о т л ич в ю шийся тем, что батарея тврмоэмис45 сионных элементов выполнена в форме набора параллельных пластин, одна поверхность которых выполнена в виде эмиттера одного элемента. а противоположная поверхность выполнена в виде коллек50 тора соседнего термоэмиссионного элемента, причем все пластины соединены общим теплопроводом-дистанционатором.

1822505

Фиг./

Фиа2

Составитель O.Åðîôååâ

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2123 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-36, Раушская наб., 4/5