Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ТЕРМОЭМИССИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
ТЕРМОЭМИССИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ТЕРМОЭМИССИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к области термоэмиссионного преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано в преобразователях (ТЭП) с малым (менее 30 мкм) межэлектродным зазором (МЭЗ). Техническим результатом является увеличение удельной мощности и КПД. Термоэмиссионный преобразователь содержит электроды - эмиттер и коллектор с плоскими рабочими поверхностями, между которыми расположены дистанционаторы из электроизолирующего материала, причем эмиттер соединен с системой подвода тепла, а коллектор - с системой отвода непреобразованного тепла, в одном или в обоих электродах со стороны боковой поверхности выполняют наклонную проточку по направлению к рабочей поверхности, причем глубина проточки составляет 0,1 - 0,8 от полуширины рабочей поверхности, расстояние от начала проточки до рабочей поверхности не менее 0,2 от высоты электрода, а угол наклона находится в диапазоне 2-50o. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2138095
Класс(ы) патента: H01J45/00, G21D7/04
Номер заявки: 97121956/09
Дата подачи заявки: 18.12.1997
Дата публикации: 20.09.1999
Заявитель(и): Отделение научно-технический центр "Источники тока" Научно- исследовательского института Научно-производственного объединения "Луч" (НТЦ "Исток" НИИ. НПО. "Луч")
Автор(ы): Николаев Ю.В.; Еремин С.А.; Коноплев Е.Е.
Патентообладатель(и): Отделение научно-технический центр "Источники тока" Научно- исследовательского института Научно-производственного объединения "Луч" (НТЦ "Исток" НИИ. НПО. "Луч")
Описание изобретения: Изобретение относится к области термоэмиссионного преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано в преобразователях (ТЭП) с малым (менее 30 мкм) межэлектродным зазором (МЭЗ).
Известен ТЭП, содержащий два плоских проводящих электрода - эмиттер и коллектор, взаимно изолированных и установленных в вакуумно-плотном корпусе с малым зазором относительно друг друга (0.025 = 0.25 мм). Пространство между эмиттером и коллектором заполнено парами легкоионизирующегося щелочного металла, например цезия, рубидия или натрия. Коллектор выполнен в виде деформируемой металлической мембраны. В качестве дистанционаторов МЭЗ используются тонкоизмельченные частички из изолирующего теплостойкого материала. Охлаждение коллектора осуществляется за счет пропускания снаружи его потока жидкости или газа (см. патент ФРГ N 2932226, НКИ 21 29/00, МКИ H 01 опубл. 10.10.1969 г.).
Недостаток известного ТЭП заключается в том, что выполнение коллектора в виде деформируемой металлической мембраны требует размещения в МЭЗ большого числа дистанционаторов, что уменьшает рабочую площадь электродов и увеличивает перетечку тепла через дистанционаторы и в результате снижает эффективность ТЭП.
Наиболее близким техническим решением к изобретению, по технической сущности - прототипом, является ТЭП, включающий плоские эмиттер и коллектор, размещенные при холодном состоянии ТЭП контактно друг с другом по своим поверхностям и образующие пакет со свободными торцами, причем дистанционаторы закреплены своими торцами в углублениях на поверхности коллектора, заподлицо с ней и выполнены с возможностью термического удлинения при нагреве на величину межэлектродного зазора (см. Николаев Ю.В., Васильченко А.В., Еремин С.А. и др. Основные проблемы создания низкотемпературного ТЭП с малым межэлектродным зазором - Вторая отраслевая конференция "Ядерная энергетика в космосе". Физика термоэмиссионных преобразователей энергии, сб. докладов, Сухуми, 1991 г.).
Однако неизотермичность электродов, связанная с неизбежным падением температуры в направлении потока тепла, приводит к изгибу электродов. Это вынуждает ограничивать диаметр электродов и увеличивать межэлектродный зазор, что приводит к уменьшению выходных параметров преобразователя.
Задачей авторов является повышение удельной мощности, коэффициента полезного действия и эксплуатационной надежности ТЭП путем уменьшения термодеформации электродов.
Для решения поставленной задачи авторы предлагают в термоэмиссионном преобразователе, содержащем электроды - эмиттер и коллектор с плоскими рабочими поверхностями, между которыми расположены дистанционаторы из электроизолирующего материала, причем эмиттер соединен с системой подвода тепла, а коллектор - с системой отвода непреобразованного тепла, в одном или в обоих электродах со стороны боковой поверхности выполнить наклонную проточку по направлению к рабочей поверхности, причем глубина проточки составляет 0,1 - 0,8 от полуширины рабочей поверхности, расстояние от начала проточки до рабочей поверхности не менее 0,2 от высоты электрода, а угол наклона находится в диапазоне 2 - 50o.
При выполнении проточки, как показали расчетно-экспериментальные исследования, распределение температуры в объеме заявляемых электродов при их эксплуатации в ТЭП отличается от соответствующего распределения в сплошных электродах. В сплошных электродах прогиб определяется теплофизическими свойствами материала электродов и плотностью проходящего через электрод потока тепла. При этом менее нагретый торец электрода вогнут. Выполнение проточки со стороны боковой поверхности электрода приводит к некоторому перегреву его центра по сравнению с краями, что уменьшает вогнутость менее нагретой торцевой поверхности и соответственно уменьшает прогиб электрода. Кроме того, при выполнении наклонной проточки жесткость части электрода, расположенной между проточкой и рабочей поверхностью возрастает от центра к краям, что существенно уменьшает прогиб электрода.
Выполнение глубины проточки менее 0,1 от полуширины рабочей поверхности, как показали исследования, практически не приводит к уменьшению прогиба электродов. Выполнение глубины проточки более 0,8 от полуширины рабочей поверхности существенно понижает жесткость электрода, что может привести к его разрушению. Если расстояние от начала проточки до рабочей поверхности будет меньше 0,2 от высоты электрода, то жесткость части электрода между проточкой и рабочей поверхностью также будет недостаточной для обеспечения необходимой прочности электрода.
При выполнении угла наклона проточки к рабочей поверхности менее 2o жесткость части электрода между проточкой и рабочей поверхностью незначительно повышается от центра к краям, поэтому прогиб рабочей поверхности электрода при этом уменьшается мало. При выполнении угла наклона проточки более 50o, как показали исследования, прогиб электрода уменьшается не существенно. Кроме того, при больших углах наклона не удается добиться необходимой глубины проточки в габаритных размерах электрода.
На чертеже представлен цилиндрический катод ТЭП, h - глубина проточки, l - расстояние от начала проточки до рабочей поверхности, α - угол наклона проточки.
Пример конкретного исполнения.
Электроды ТЭП имеют цилиндрическую форму, диаметр рабочей поверхности составляет 17 мм, высота электродов - 9,5 мм. Электроды выполняют из молибдена, дистанционаторы - из керамики на основе Al2O3. Дистанционаторы пайкой закрепляют в углублениях коллектора. Наклонную кольцевую проточку выполняют на расстоянии 4 мм от рабочей поверхности на глубину 5,5 мм, угол наклона проточки к рабочей поверхности составляет 22o.
Расчетные оценки показывают, что при этих геометрических размерах и потоке тепла 33,4 Вт/см2, прогиб поверхности электродов не превышает 0,5 мкм, что более чем в два раза меньше прогиба поверхности электродов прототипа.
В сравнении с прототипом, в котором минимально допустимое значение межэлектродного расстояния составляет 5 мкм, уменьшение МЭЗ до 4 мкм даст выигрыш в удельной мощности 30% и увеличение КПД на 1,5%. Дополнительное увеличение КПД на 1,5% дает уменьшение доли потока тепла через дистанционаторы в общем потоке тепла и уменьшение скважности. Уменьшается также вероятность короткого замыкания электродов.
Достаточно простая технология изготовления заявляемых ТЭП позволяет получать изделия на базе промышленно освоенных производств.
Формула изобретения: Термоэмиссионный преобразователь, содержащий электроды-эмиттер и коллектор с плоскими рабочими поверхностями, между которыми расположены дистанционаторы из электроизолирующего материала, причем эмиттер соединен с системой подвода тепла, а коллектор - с системой отвода непреобразованного тепла, отличающийся тем, что в одном или в обоих электродах со стороны боковой поверхности выполнена наклонная проточка по направлению к рабочей поверхности, причем глубина проточки составляет 0,1 - 0,8 от полуширины рабочей поверхности, расстояние от начала проточки до рабочей поверхности не менее 0,2 от высоты электрода, а угол наклона находится в диапазоне 2 - 50o.