CN102714094A - 真空电容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电气工程领域，尤其涉及电工元件，为具有固定容量的极化电容，应用本发明的技术效果为能生产小体积、高容量和电压的电力能量存储。真空电容器包括安排在真空室外的阳极，真空室内安排有阴极，阳极和阴极之间有电介质。所述阴极以此种方式设计它可以通过真空室内配置电绝缘丝加热，所述真空室为密封介电圆柱体的形式，所述阳极安排在密封介电圆柱体的外表面。所述阴极是具有微峰型表面的冷阴极，在不加热下可以从表面释放自由电子，阳极位于高真空介电圆柱体的外表面，阴极在内部。
Description
技术领域
本发明涉及电气工程，尤其涉及基础电气工程设备，在本发明中为极化状态下的恒定容量电容。
应用水平
目前所用的半导体和电解质电容器是基于极化原理的。在结构上，它们基于两块金属板/电极，以绝缘材料使其极化分离：带正电的金属板为阳极，带负电的金属板为阴极。通过极化介质储存电能。所有这些电容器最大是：它们的电容为2法拉，其工作电压为16V。
它们的缺陷是其巨大的体积和重量。
发明实质
本发明的技术优势为允许制造小体积的具有大容量和电压的电能储存系统。
这种技术效果通过使用下述重要特征的结构得以实现：
本发明为一个真空电容器，阳极位于真空室的外部，包含阴极，介电体位于二者之间。阴极的设计允许其通过电绝缘丝直接加热。阴极位于设计为密封的、介电圆柱体形式的的真空室内部，阳极安装在圆柱的外表面。阴极设计为具有微峰的冷阴极，在没有热的情况下发出自由电子，阳极位于内部高真空的介电圆柱体的外表面，阴极位于高真空的内部。
为证实上述真空电容器理论思想和确定真空电容器的电容量，进行了一个实验，其中一个内部真空体积约为2.3立方厘米的6D6A的电真空二极管作为真空电容器。为此目的，6D6A二极管放入到充满变压器油的金属烧杯中，具有自身的绝缘阳极。烧杯形成了真空电容器(VC)的阳极。阴极可以使用等效6.3V电压的灯丝变压器加热。电容器使用使用整流电源电压(例如，约310V)作用在一限流可选电阻和一电流表上充电。使用这些装置，10ma直流持续8小时。8小时后，金属烧杯(阳极)和6D6A二极管阴极之间的电压达到28V。
上述测量用来计算真空电容器(VC)的真空电容量。
众所周知qVC＝I3xt3＝CVCxU3，其中I3＝0.01A，t3＝8小时＝28,800s，因此U3＝28V。因此qVC＝0.01x28,800＝288库仑；因此电容采用如下计算：CVC＝qVC/U3＝＝288/28＝10,2857法拉，其中I3是VC的充电电流，t3是VC的充电时间，U3是VC的阳极和阴极之间的电压，qVC是充电完成时的充电大小，CVC是计算的VC电容量。
这些计算显示新的真空电容器VC具有大容量。因此，它可以用于能量储存系统和其他的电力装置。每立方厘米真空的电容量，以此种方式衡量，超过5法拉每立方厘米，工作电压几十千伏。已有的电容器无法达到此范围。
本发明的电容器包含可以通过电绝缘丝加热的阴极，安装在高真空下的介电圆柱体内，和位于密封介电圆柱体外表面的阳极。
真空电容器内的阴极设计为冷阴极，能够在不加热时从其表面释放自由电子。
本发明所提出的真空电容器用于协助寻找合适的技术方案解决以下问题：其在高电压下存储大量电荷，意味着大量的能量，同时其体积小。因此，其可以用于作为蓄能器，这需要一点时间充电，所积累的能量可在任何作业条件下释放，适用于各种目的的储能系统。
附图
本发明显示在所附附图中，图1显示了具有热阴极的真空电容器的普通组装剖面；图2显示了具有冷阴极的同样组装。
在这些附图中，1)阴极；2)密封介电圆柱体；3)高真空；4)阳极；5)阴极的电绝缘加热丝。
申请实施例
图1显示了一真空电容器，具有电绝缘丝5加热的阴极，所述阴极安装在密封的、介电圆柱体2内，位于高真空3环境下，阳极4位于密封的、介电圆柱体2的外表面。
所提出的真空电容器(VC)的独特特征为其包含具有电绝缘丝的热阴极或具有微峰表面的冷阴极，所述阴极在密封、介电圆柱体的真空中释放电子以积累能量，在圆柱内部安装阴极，与安装在高度真空的密封、介电圆柱体的外表面的阳极分离。
能量积累过程的独特特征为阳极安装在真空室的外部，阴极位于内部，它们通过介电体分开，其中能量通过围绕阴极的高度真空的自由电子的积聚积累。
工业适用性
真空电容器的充电过程：使用一个特定的充电装置释放自由电子(类似于真空管中的电压倍增器，图中未示出)，负压产生于与阳极相对的阴极，其使自由电子从阴极释放到真空中；电子倾向于阳极而不会到达阳极，因为在其路径上的密封、介电圆柱体；因此它们积累在真空内，同时新的电子从阴极继续抵达，形成围绕阴极的体电荷。这个过程持续直到体电荷电场的电压达到充电装置电压的水平。当此发生时，真空电容器的充电结束。
本发明具有下述技术效果：它允许制造小体积的固定的和完备的高容量能量存储系统，例如新一代蓄能型能量供应源。使用本发明能削减各种移动电力装置的体积和重量。它还能协助设计新的设备，例如能用于电气和无线电工程的完备的电动焊接设备。
Claims (3)
1.一真空电容器，阳极位于安装有阴极的真空室外部，以一介电体分离阳极和阴极。
2.根据权利要求1所述的真空电容器，区别在于所述的阴极设计为以位于设计为密封介电圆柱体形式的真空室内的电绝缘丝加热，所述的阳极安装在圆柱的外表面。
3.根据权利要求1的真空电容器，区别在于阴极设计为具有微峰表面的冷阴极，在不加热阴极的情况下释放自由电子，阳极安装在内部高真空的介电圆柱体的外表面，阴极位于高真空介电圆柱体内。
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