EA020862B1

EA020862B1 - Вакуумный конденсатор

Info

Publication number: EA020862B1
Application number: EA201200424A
Authority: EA
Inventors: Роман Станиславович ХОЛОШЕНКО; Геннадий Викторович КОВАЛЕНКО
Original assignee: Роман Станиславович ХОЛОШЕНКО; Геннадий Викторович КОВАЛЕНКО; Корсун, Илья Владимирович; Николаева, Людмила Александровна
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2015-02-27
Also published as: EP2477200A1; MY179486A; HUE048517T2; SG179086A1; US9042083B2; RU2009133830A; HRP20200458T1; CA2773393A1; CN102714094A; IL218506A0; JP2013504872A; PL2477200T3; EA201200424A1; AP2012006210A0; SI2477200T1; CA2773393C; ES2778048T3; DK2477200T3; AU2010293110A1; KR20120058611A

Abstract

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электротехнической базе, а в данном конкретном случае к полярным конденсаторам постоянной емкости. Технический результат от использования изобретения заключается в возможности создания малогабаритных накопителей электроэнергии большой емкости и напряжений. Вакуумный конденсатор содержит вакуумную камеру, размещенный в ней катод и расположенный вне вакуумной камеры анод, при этом вакуумная камера выполнена из диэлектрического материала. Указанный катод может быть выполнен с возможностью нагревания посредством электроизолированного накала, помещенный в вакуумную камеру, которая выполнена в виде диэлектрического герметичного баллона, а указанный анод расположен на внешней поверхности диэлектрического герметичного баллона. Катод может быть выполнен "холодным" с микропикообразной поверхностью, обеспечивающей отдачу свободных электронов с его поверхности без нагрева, а анод расположен на внешней поверхности диэлектрического баллона с глубоким вакуумом и размещенным в нем катодом.

Description

(57) Изобретение относится к области электротехники, в частности к электротехнической базе, а в данном конкретном случае к полярным конденсаторам постоянной емкости. Технический результат от использования изобретения заключается в возможности создания малогабаритных накопителей электроэнергии большой емкости и напряжений. Вакуумный конденсатор содержит вакуумную камеру, размещенный в ней катод и расположенный вне вакуумной камеры анод, при этом вакуумная камера выполнена из диэлектрического материала. Указанный катод может быть выполнен с возможностью нагревания посредством электроизолированного накала, помещенный в вакуумную камеру, которая выполнена в виде диэлектрического герметичного баллона, а указанный анод расположен на внешней поверхности диэлектрического герметичного баллона. Катод может быть выполнен холодным с микропикообразной поверхностью, обеспечивающей отдачу свободных электронов с его поверхности без нагрева, а анод расположен на внешней поверхности диэлектрического баллона с глубоким вакуумом и размещенным в нем катодом.

Область техники

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электротехнической базе, а в данном конкретном случае к полярным конденсаторам постоянной емкости.

Уровень техники

Известны полупроводниковые и электролитические конденсаторы, все они работают за счет эффекта поляризации, их основа - две обкладки-электроды, между которыми находится поляризуемый диэлектрик, положительно заряжаемая обкладка - это анод, отрицательно заряжаемая обкладка - это катод, за счет поляризации диэлектрика достигается накопление электрического заряда - электрической энергии, это самые большие конденсаторы, имеющие электроемкость в 2 Ф при рабочем напряжении до 16 В.

Недостатком является большие массогабаритные показатели и низкие рабочие напряжения. Сущность изобретения

Технический результат от использования изобретения заключается в возможности создания малогабаритных накопителей электроэнергии большой емкости и напряжений.

Указанный технический результат достигается за счет использования следующей совокупности существенных признаков.

Вакуумный конденсатор, содержащий вакуумную камеру, размещенный в ней катод и расположенный вне вакуумной камеры анод, при этом вакуумная камера выполнена из диэлектрического материала.

Катод может быть выполнен с возможностью нагревания посредством электроизолированного накала, помещенного в вакуумную камеру, которая выполнена в виде диэлектрического герметичного баллона, а указанный анод расположен на внешней поверхности диэлектрического герметичного баллона.

Катод может быть выполнен холодным с микропикообразной поверхностью, обеспечивающей отдачу свободных электронов с его поверхности без нагрева, а анод расположен на внешней поверхности диэлектрического баллона с глубоким вакуумом и размещенным в нем катодом.

Для подтверждения теоретических предположений о возможности создания вакуумного конденсатора и определения электроемкости вакуума был поставлен опыт, где в качестве ВК был использован электровакуумный диод типа 6Д6А с примерным внутренним объемом вакуума 2,3 см³. С этой целью диод 6Д6А для изоляции собственного анода был помещен в металлический стакан, заполненный трансформаторным маслом, сам стакан стал анодом ВК. Накал катода осуществлялся с помощью накального трансформатора с эффективным напряжением 6,3 В. Заряд осуществлялся выпрямленным сетевым напряжением (т.е. «310 В), через токоограничивающий переменный резистор и амперметр, с помощью которых в течение 8 ч заряда поддерживался постоянный ток заряда 10 мА. За 8 ч заряда напряжение между металлическим стаканом (анодом) и катодом диода 6Д6А достигло величины 28 В.

Из полученных измерений был произведен расчет вакуумной емкости созданного ВК.

Известно, что ц_вк = 1_зх1, = С_вкхИ_з, где 1_з = 0,01 А, 1_з = 8 ч = 28800 с, и_з = 28 В, отсюда ц_вк = 0,01x28800 = 288 Кл, а значит емкость равна □_В|С 288

С.«=^ = —=10,2857 фарады, ί/д где 1_з - ток заряда ВК,

1_з - время заряда ВК, и_з - напряжение между анодом и катодом ВК, полученное по окончании заряда, ц_вк - заряд ВК после окончания его заряда,

Свк - рассчитанная емкость ВК.

Полученный результат показал большую емкость вакуумного конденсатора и, как следствие, возможность и целесообразность его использования в энергонакопительных системах и других энергетических устройствах. Измеренная таким образом электроемкость одного кубического сантиметра вакуума составляет более 5 Ф на кубический сантиметр, а рабочие напряжения десятки киловольт. Известные конденсаторы решить подобную задачу не могут.

Заявляемый вакуумный конденсатор позволяет решить следующие технические задачи: накапливать большой электрический заряд при больших напряжениях, что соответствует большой энергии при собственных малых размерах, это позволяет использовать его в энергонакопителях различного назначения как аккумулятор электроэнергии, способный быстро зарядиться электроэнергией, а потом отдавать ее в любом режиме.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид в разрезе вакуумного конденсатора с нагреваемым катодом; на фиг. 2 - то же с холодным катодом.

На чертежах позициями обозначены 1 - катод; 2 - диэлектрический герметичный баллон; 3 - глубокий вакуум; 4 - анод; 5 - электроизолированный накал катода.

Вариант осуществления изобретения

На фиг. 1 показан вакуумный конденсатор, содержащий нагреваемый катод 1 с электроизолированным накалом 5, помещенный в диэлектрический герметичный баллон 2 с глубоким вакуумом 3, анод 4, расположенный на внешней поверхности диэлектрического герметичного баллона 2.

- 1 020862

На фиг. 2 показан вакуумный конденсатор, содержащий холодный катод 1 с микропикообразной поверхностью, помещенный в диэлектрический герметичный баллон 2 с глубоким вакуумом 3, анод 4, расположенный на внешней поверхности диэлектрического герметичного баллона 2.

Особенность конструкции заявляемого вакуумного конденсатора заключается в том, что вакуумный конденсатор содержит нагреваемый катод с электроизолированным накалом или холодный катод с микропикообразной поверхностью, отдающий электроны для накопления заряда электроэнергии в вакууме в диэлектрическом герметичном баллоне, внутри которого расположен катод, отделенный созданным глубоким вакуумом от анода, расположенного на внешней поверхности диэлектрического герметичного баллона.

Особенность накопления электрической энергии заключается в том, что анод расположен вне вакуумной камеры, которая выполнена из диэлектрческого материала, катод размещен внутри вакуумной камеры, а энергию аккумулируют путем накопления свободных электронов в глубоком вакууме вокруг катода.

Промышленная применимость

Зарядка вакуумного конденсатора происходит следующим образом.

На катод относительно анода с помощью специального зарядного устройства (типа умножителя напряжения электронно-лучевой трубки, на чертежах не показан), генерирующего свободные электроны, подается отрицательный потенциал, вызывающий эмиссию электронов с катода в вакуум, где они устремляются к аноду, но достигнуть его не могут из-за диэлектрического материала герметичного баллона и остаются в вакууме, куда продолжают поступать с катода новые свободные электроны, формирующие объемный заряд вокруг катода, и этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока напряженность поля объемного заряда не станет равной напряжению зарядного устройства. Зарядка вакуумного конденсатора закончена.

Изобретение обеспечивает достижение следующих технических результатов: позволяет создать малогабаритные накопители электроэнергии большой емкости и напряжений, стационарные и автономные, т.е. новый тип аккумуляторных источников питания, что значительно снизит массогабаритные показатели различной мобильной электронной аппаратуры, а также создать новую, например автономную, электросварочную аппарату и т.п. и может быть использовано в электротехнике и радиотехнике.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Вакуумный конденсатор, содержащий вакуумную камеру, размещенный в ней катод и расположенный вне вакуумной камеры анод, при этом вакуумная камера выполнена из диэлектрического материала.
2. Вакуумный конденсатор по п.1, отличающийся тем, что катод выполнен с возможностью нагревания посредством электроизолированного накала, помещенного в вакуумную камеру, которая выполнена в виде диэлектрического герметичного баллона, при этом анод расположен на внешней поверхности последнего.
3. Вакуумный конденсатор по п.1, отличающийся тем, что катод выполнен холодным с микропикообразной поверхностью, обеспечивающей отдачу свободных электронов с его поверхности без нагрева, а анод расположен на внешней поверхности вакуумной камеры.