CN107546088A - 真空二极自激电磁场热管道发电管 - Google Patents

Abstract

真空二极自激电磁场热管道发电管，其特点在于：铸塑成有多个“U”形槽组成的外壳内设置一个能发射热电子的金属圆筒做阴极，圆筒套在原有的热管道上。每个U形槽内的底部纵向嵌一条弧形金属片做阳极，而横向在其中间插多个小长方形金属片做电子收集板。每个U形槽的外部两边都设置一对梯形截面的长条磁体填满其侧面，每对磁体中间都有凸耳插在矩形线圈中。所有阳极板和电子收集板在管道一端用金属导线环分别连成一体连同阴极和所有线圈都用导线连接到管外部中间的控制器中，阴极发射热电子由电子收集板收集送入控制器中，大部份通过逆变电路产生交流输出，而取出一小部份转换成线圈所需的电流产生磁场，还用小部份送入高压包中产生阳极所需的高压。所有“U”形槽内抽成真空。

Description

真空二极自激电磁场热管道发电管

技术领域：

本发明涉及一种用真空二极管发电原理，利用热管道在输热过程中所散失的热能，并把它转换成电能的新方案。

背景技术：

现行各种类型的热输送管道，其输送的媒质各种各样、用途千差万别。但有一点是相同的：就是在输送的过程中，管道表面都要向外散发热能。为了尽可能地减少热能的损耗，这些输送热能的管道，都会设置各种各样的外保护层。这些保护层花费的代价不小、也只是减少在输送过程中热能的损耗，但是，从没有考虑把这种损耗的热能利用起来。

发明内容：

本发明的出发点是：既然输热管道向外散发热能是不可辟免的，何必花费大的代价设置保护层呢，不防把这些散发的热能利用起来转换成电能输出，为此，提出了一个简单易行的解决方案，其特点如下：

1真空二极自激电磁场热管道发电管，其特点在于包括：铸塑成多个“U”形槽的塑料外壳(1)内套一个能发射热电子的金属圆(2)筒做阴极，而“U”形槽(1-5)内底部纵向固定弧形长金属板(6)做阳极，横向插着多个长方形金属片(7)做电子收集板，“U”形槽的两外侧面安放一对由线圈通电产生的磁极(3)，热管道两端用环形端盖(5)封闭，并从抽气咀(1-6)处抽出空气，使“U”形槽内保持真空。

2根据1所述的真空二极自激电磁场热管道发电管，其特点在于：管道 阴极(2)是套在原有输热管道外，可根据不同的输热管道需要改变阴极(2)的口径大小，而沿着管道纵向的每一条“U”形槽(1-5)的大小基本 保持不变，在其内部横向插着多个长方形金属片做的电子收集板(7)沿着纵向构成一列多个长方体真空室，其大小基本保持不变，而用改变“U”形槽(1-5)的个数来改变整个塑料外壳(1)的大小与阴极(2)的口径大小相匹配，并且“U”形槽的个数总是呈偶数增加或减少，以与磁极的对数相适应。

3根据1所述的真空二极自激电磁场热管道发电管，其特点在于：所有“U”形槽的外部都设置一对由长条形磁片和软铁片构成的梯形磁极，这些软铁片中间有凸耳(3-4)插在矩形通电线圈(3-1)中充磁，而线圈中的电流以及阴极、阳极间的高电压是由管道阴极(2)受热发射的热电子到达收集板(7)后输出，在其中取出一部分通过电子线路反馈到线圈(3-1)产生磁场，另一部分由高压包产生高压加到阴、阳极间使电子作加速运动。

本发明的技术方案是：

真空二极自激电磁场热管道发电管，其特点在于：铸塑成有多个“U”形槽组成的外壳，内设一个能发射热电子的金属圆筒做阴极，圆筒套在原有的热管道上。每个“U”形槽内的底部纵向嵌一条弧形金属片做阳极，而横向在其中间插多个小长方形金属片做电子收集板。每个”U”形槽的外部两边都设置一对梯形截面的长条磁体填满其侧面空间，每对磁体中间都有凸耳插在矩形线圈中。所有阳极板和电子收集板在管道一端用金属导线环分别连成一体，连同阴极和所有线圈都用导线连接到管外中间的控制器线路中，阴极发射热电子由电子收集板收集送入控制器中，大部份通过逆变器电路产生交流输出，而取出一小部份 转换成线圈所需的电流产生磁场，还用小部份送入高压包中产生阳极所需的高压。所有“U”形槽内部通过中间的抽气孔抽成真空。

本发明的优点是：

本发明结构简单，用传统的加工工艺即可制作。操作简便，只要安装好并启动以后，就会有电流输出，而且可以长期使用。这种真空二极自激电磁场热管道发电管，目前适用的热管道温度应是700℃以上，以后随着新材料的出现，适用的温度会逐渐降低，用途越来越广。

说明书附图说明：

以下几幅图是真空二极自激电磁场热管道发电管的说明附图。

图 1，本发明发电管的整体外型立体视图。

图 2，本发明发电管塑料外壳分解图，其中：A是多个“U”形槽的塑料外壳缩小的立视图、B是其横截面图、C是内部两个“U”形槽纵向切面立视图。

图 3，本发明发电管的阴极圆筒视图 D和电子收集板及阳极插在“U”形槽中的位置分解视图，

图 4，本发明发电管横截面分解图，E是未放磁体横截面图，F是安放好磁体后横截面图。

图 5，本发明发电管的磁体和线圈结构分解图。

图 6，本发明发电管正中间的横截面图，图中标出了除端盖以外本发明发电管的基本结构。

图 7，本发明发电管一端的截面，G是横截面图，H是端盖立视图。

图 8，本发明发电管原理说明图，上图是正中横截面处的磁极位置图，下图是从“U”形槽内的纵向表示电子运动的示意图。

图 9，本发明发电管控制器和整个装置的电路原理示意图。

以上图 2 、 3、4、5、6、7为图 1结构的具体说明，图 8 、 9为本发明的工作原理的具体说明。

具体实施方式：

实施例：以下按说明书附图所示，对本发明做进一步说明。

图 1为本发明发电管的整体外型立体视图。从外表看，这个发电管1外面是用耐高温的塑料制成的长圆管，内嵌一个相同长度的金属管2做阴极。这个管的长度可长可短，为工艺方便一般用长1米比较适宜，需要很长管道时可用几个相同发电管连接。这个发电管是套在原有输热管道外，原有输热管应当除去保温层，这个发电管的内、外径大小应根据原有输热管道除去保温层以后的外径选取和决定。本发电管也可制作成与原输热管道口径一样，直接取代原有输热管道。在发电管的两端用环形端盖5封闭，用螺钉5-3固定。在发电管的中间设置塑料制的线圈磁极外罩3。在外罩里面除了线圈和磁极软铁外还设有抽气咀1-6，用于抽除发电管内的空气；设有观察孔1-7，用于观察发电管的工作状态；设有控制器盒4，在这个控制器盒里面除有控制器电路外，还设有三根相互绝缘的导线4-4把控制器电路分别与端盖处的阴极、阳极和电子收集板连接；磁极线圈电路在外罩内与控制器连接；在控制器盒内还设有外接启动电桩4-5和电源输出电桩4-6。电桩也可改成孔状结构。

图 2为本发明发电管塑料外壳分解图。A图是有多个“U”形槽的塑料外壳缩小的立视图。制作塑料外壳的材料宜用耐高温塑料，如酚醛树脂配合酚醛纤维类材料，铸塑成有多个“U”形槽1-5的塑料管1。其长度可长可短，一般1米 为宜，其内径以能容纳阴极2金属圆筒自由进出为宜。管的正中设有抽气管1-6和观察孔1-7，观察孔是用玻璃透镜封闭。因为塑料管内需要保持真空，所以塑料外壳不能漏气。B图是这个塑料外壳1的横截面示意图，是显示其由多个“U”形槽1-5的组合。C图是显示两个“U”形槽内部的纵向切面。这些“U”形槽的高度可长可短，根据需要确定，两边需保持平行，宽度保持10毫米左右，顶部(或叫低部)做成弧形。在弧内的两边沿着纵向每间隔10毫米一对凸耳1-1，用于贴着弧内底部纵向插阳极板6。两个“U”形槽之间连接处做成楔形，所有楔形的顶尖处在同一个圆上，这个圆的大小应正好能纵向插入阴极圆筒2且有一点间隙为宜。所有楔形端距离顶尖2毫米的同一个侧面，设一个1平方毫米的凹槽1-2用于纵向插所有电子收集板的连接杆7-3，同时在“U”形槽的平行面两边每间隔10毫米横向设一对0.1毫米的凹槽1-2用于横向插电子收集板7。

图 3为本发明发电管的阴极圆筒视图 D和电子收集板及阳极插在“U”形槽中的位置分解视图。最上图 D为阴极2圆筒视图，用厚度1～2毫米左右钛铁合金钢板制成，其内径应能套在原有输热管道上为准，外径是以能套在塑料管道上为准(见图 2)，圆筒长略大于外套塑料管道，当圆筒两端孔2-2固定好端盖5时，其端盖两端间的距离正好能安上塑料管1为宜，图中虚线表示可以延长。该圆筒的外表面涂料层2-2，是一层能产生热电子发射的涂料，并且其逸出功越低越好，也就是产生热电子发射的温度越低越好。这种涂层的实施，目前较简单的方式是采用真空蒸发式镀膜，也可用其他喷涂方式。制作本发明热管道发电管的所有材料都很廉价且容易实施，唯一比较贵重的是这种能产生热电子发射的涂料。采用真空镀膜的方式在阴极2圆筒上镀以这种涂料，是最节省涂料又使涂层均匀且简单易行。其具体做发是：先镀一层钨、钡膜做基础，再镀一 层氧化钪加钨；也可以在钨、钡膜中加铼(Re)做基础，然后镀一层锇、钨膜，再镀一层锇、钌膜，即所谓Os＝W/Re加Os-Ru/Re双层钡钨基阴极。这些操作是在真空室内一次性完成。目前，这些涂层产生热电子发射的温度都在700℃以上，也就是说，本发明的热管道发电管，目前的适用条件是700℃以上输热管道。以后，随着新涂料的出现，产生热电子发射的温度会逐渐降低，本发明的热管道发电管的使用范围就会越来越广。到那时，已有适用温度较高的本发明热管道发电管，同样可以降低温度使用，其做法是把阴极圆筒2折下送回真空室重新镀一次温度较低的新膜，再恢复原状即可，不用更改其他部件。

在阴极圆筒2视图下面是一块薄金属片沿白线7-2用模具刀一次性剪切，做电子收集板7，其虚线表示其长度可以延长。把这个金属片沿剪切处一次性冲压旋转90°就成了下一图多个电子收集板7和其连接杆7-3(又叫凸耳7-1)。这个电子收集板7和其连接杆7-3正好能插入再下一图“U”形槽1上的凹槽1--2中。同时这个“U”形槽沿纵向每间隔10毫米就有一对凸耳1-1，可把最下一图的阳极板6沿着“U”形槽的底部纵向插入其中，而所有阳极板6插好后其一端的连接头6-1全部焊接在端口的阳极连接环6-2上(见图 7上G图)。然后把这个阳极连接环6-2用导线4-4接入控制器4中(见图 1)。其中正对抽气孔1-6和正对观察孔1-7的这两个阳极板中间应开孔(见图 6)。显然这样设置，就使阴极圆筒2、阳极板6和多个电子收集板7沿“U”形槽纵向形成多个二极管。

图 4为本发明发电管横截面分解图，E是未放磁体横截面图，F是安放好磁体后横截面图。从上面的E图可见，由多个“U”形槽组成的塑料外壳1内安放一个金属圆筒2做阴极。每个“U”形槽的底部纵向安有弧形阳极板6，图中标示的是其横截面，由“U”形槽两边的凸耳1-1固定。每个“U”形槽的中间横向 安有电子收集板7，而每个收集板上的凸耳7-1(即纵向的连接杆7-3)插在“U”形槽上部楔形端同一个侧面的凹槽1-2中。下面的F图是表示在上一图“U”形槽的外部增加了两块楔形软铁片长条3-3，在其中间夹一个长条形永久磁片3-7，构成一个横截面呈梯形的长条形磁体，正好填满“U”形槽外部空间，其梯形的高度是以一端压在“U”形槽的楔形端，另一端不超过“U”形槽的凸耳1-1为准，图中标示的是其横截面。在长条磁体和“U”形槽的外部罩以发电管外保护层1-4，在长条磁体与外保护层之间填充保护填料1-3。

图 5为本发明发电管的磁体和线圈结构分解图。图中最上一图表示是一个矩形线圈3-1，这个线圈的形状类似于上世纪六、七十年代流行的舌簧喇叭线圈。在这个线圈的中间有一个长方形孔3-2，用于将两边的软铁3-4处交叉插入其中。其线圈的圈数和所用铜线的规格等要根据发电管具体使用的温度、阴极圆桶2外表涂料的性质以及零场饱和电流密度计算出所需电场电压和磁感应强度的大小来决定。在矩形线圈的下面一图是一个长的楔形软铁片3-3，它与最下面一图所示长的楔形软铁片3-5相同；两者不同的是3-5在其中间多一个折弯处3-6，这两块软铁片3-3和3-5配合正好能把长条形磁片3-7夹在中间，组成一个横截面为梯形的长磁体，也正好填满“U”形槽外部空间；而两块软铁片都有一个相同的折弯3-4。所有长条磁体都置于“U”形槽外部两边，而相同的折弯3-4则交叉插入矩形线圈的方孔3-2中，使线圈正好处在“U”形槽外底部之上，又距底部有一点间隙(见图 4F 图和图 6)。长条形磁片3-7用钕铁硼永磁合金材料制作，其工作温度可达200℃以上，能满足发电管外部的温度要求。同时具有磁能积高、矫顽力强，磁性稳定的优点，机械加工性能好，造价低廉。用这个长条形磁片的作用是供给发电管起动时的磁场，并在正常运转时起辅助作用。 由于设置了矩形线圈3-1，当线圈有电流通过即产生磁场，对两块软铁片和长条磁片组成的磁体充磁和防止受热失磁。所以在装配发电管时就要注意线圈的接线方向，使其产生的磁场方向与长条形磁片3-7的磁场方向相同。

图 6为本发明发电管正中间的横截面图。这幅图中标出了除两端的端盖以外本发明发电管的基本结构，也可以说是图 2、3、4、5的集合。如图所示：由多个“U”形槽1的楔形端连接在一起，围成一个圆，在这个圆中间设置一个阴极圆筒2。在每个“U”形槽内的底部，沿纵向都插有弧形阳极板6，用“U”形槽上的凸耳1-1卡住。在每个“U”形槽的中间，都横向插有电子收集板7，其上的凸耳7-1卡在“U”形槽楔形端的凹槽1-2中。在每个“U”形槽的外部两边都设置有两块软铁片和长条磁片组成的磁体3-3，它的中间交叉插在线圈的方孔3-2中，使线圈3-1都处在“U”形槽外的上方。在线圈外设有保护外罩3，它正好处在发电管的中间，把抽气咀1-6和观察孔1-7罩在其内，并在保护罩3上安放控制器4及其所需电路系统。

图 7为本发明发电管一端的截面，G是横截面图，H是端盖立视图。其中发电管一端的横截面G图与图 4中的F图基本相同。从图 1可知，控制器4中延伸到端面的导线4-4是三股相互绝缘的导线，在这一端面上的G图中设有一个金属圆环6-2，它是把所有阳极板6上的连接头6-1接在一起，并接在导线4-4上；还设有一个金属圆环7-4，把所有电子收集板7上的凸耳7-1(即连接杆7-3)连接在一起，并接在导线4-4上；同时导线4-4再延伸接到阴极圆桶2上。电路连接好之后，就把H图所示的环形端盖5的环面5-2处套在阴极圆筒2上，并用螺钉固定在螺钉孔5-4处；而圆环平面5-1压在发电管“U”形槽的端面上，并用螺钉固定在螺钉孔5-3处；外圆环平面5-5用于和另一个发电管连接，用 螺钉在螺钉孔5-6处固定。发电管和两端的端盖连接之后，检查和确认整个系统密闭性能良好，就可从抽气咀1-6处抽除发电管“U”形槽内的空气，使其气压达到10^-3Pa才可使用。

图 8为本发明发电管原理说明图，上图与图 6完全相同，只是在正中横截面处标出了设定的磁极，由图可知，每一个“U”形槽内部都处在磁场中。为了说明清楚本发明发电管的工作原理，用下图来说明：下图是选取“U”形槽的内部纵向视图，阳极板6和阴极圆桶2间加有高电压，电场方向平行于纸面向下。同时“U”形槽又处在磁场中，设定用x表示磁场方向(即3-8所指)为垂直于纸面向里。显然“U”形槽是处在一个近似于正交的电、磁场中。这时由于阴极板2上的涂料受热而发射电子，这些热电子在电场力的作用下做匀加速直线运动，V表示其运动方向，而这些运动的电子又处在磁场中，受到罗仑兹力的作用，用左手定则判定其运动方向，会向电子收集板7偏转，如图中虚曲线所示。所以在阴极板2和电子收集板7之间若连成一个廻路，就会产生电流。这些原理只要用中学物理知识就能理解的，这就是本发电管发电的基本原理。

图 9为本发明发电管控制器和整个装置的电路原理示意图。这个图中把发电管1看成是一个二极管，内有阴极2、阳极6和电子收集板7。发电管1处在原有磁场中，当阴极2受热产生热电子发射时，若在启动电桩4-5两孔加上电压，也就是在阴极2和阳极6间加有电压，使电子作加速运动，而电子又处在磁场中，所以就向收集板7偏转，于是就在阴极2和收集板7形成的廻路中产生电流。这个电流分成两路，大部分经N电路，N是代表逆变器，这是个通用逆变器。类似于太阳能电池板发电用的逆变器，具体电路另行设计。当有电流通过N电路时，在电源输出电桩4-6两端就有交流电输出。另一部分电流反馈到R/L电 路，也就是产生磁场的线圈3-1的电路。当线圈3-1有电流通过时，就对“U”形槽外两边的磁体3-3充磁，这个磁场就使从阴极2上发射的电子加速后偏转到收集板7上。R表示用电阻调节通过线圈L(即3-1)的电流大小，使所有发射的电子都偏转到电子收集板7上。还有一小部分反馈到Y电路，Y代表产生直流高压的电路，类似于电视机上用于电子显像管内光屏和阴极间所加高压的电路，又叫高压包。这个电路结构与黑白电视机类似，但产生的电压又与彩色电视机相当。这个电路就是一个脉冲电路，送入直流电，产生脉冲电流又叫方波，脉冲电流经过线圈的初级，在其次级取出高压脉冲，再在硅堆的两端取出直流高压，具体电路另行设计。由于加在阳极6和阴极2间的高只是对电子加速，加速后的电子又偏转到收集板7上，所以在阳极6和阴极2间不产生电流，也就是说，这个高电压不做功，只要维持一个稳定的高压就可以，所以这个高压电路消耗的功率比较小。启动时在启动电桩4-5两端要外加电压，当发电管工作稳定后，也就是电源输出电桩向外输出的电流稳定后，就可把外加在4-5上的电压撤除，由高压包维持阳极6和阴极2之间的高压。本发明发电管正常工作时所需的高压电场和磁场全由这个控制器自动供给和维持。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡跟据本发明的主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.真空二极自激电磁场热管道发电管，其特点在于包括：铸塑成多“U”形槽的塑料外壳(1)内套一个能发射热电子的金属圆筒(2)做阴极，而“U”形槽(1-5)内底部纵向固定弧形长金属板(6)做阳极，横向插着多个长方形金属片(7)做电子收集板，“U”形槽的两外侧面安放一对由线圈通电产生的磁极(3)，热管道两端用环形端盖(5)封闭，并从抽气咀(1-6)处抽出空气，使“U”形槽内保持真空。

2.根据1所述的真空二极自激电磁场热管道发电管，其特点在于：管道阴极(2)是套在原有输热管道外，可根据不同的输热管道需要，改变阴极(2)的口径大小，而沿着管道纵向的每一条“U”形槽(1-5)的大小基本保持不变，在其内部横向插着多个长方形金属片做的电子收集板(7)，沿着纵向构成一列多个长方体真空室，其大小基本保持不变，而用改变“U”形槽(1-5)的个数来改变整个塑料外壳(1)的大小与阴极(2)的口径大小相匹配，并且“U”形槽的个数总是呈偶数增加或减少，以与磁极的对数相适应。

3.根据1所述的真空二极自激电磁场热管道发电管，其特点在于：所有“U”形槽的外部都设置一对由长条形磁片和软铁片构成的梯形磁极，这些软铁片中间有凸耳(3-4)插在矩形通电线圈(3-1)中充磁，而线圈中的电流以及阴极、阳极间的高电压是由管道阴极(2)受热发射的热电子到达收集板(7)后输出，在其中取出一部份通过电子线路反馈到线圈(3-1)产生磁场，另一部份由高压包产生高压加到阴、阳极间使电子作加速运动。