RU2192090C1

RU2192090C1 - Direct-current generator

Info

Publication number: RU2192090C1
Application number: RU2001105713/09A
Authority: RU
Inventors: В.С. Григорчук
Original assignee: Григорчук Владимир Степанович
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-10-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: DC generator has frame, thermal-to-electrical energy converter, and terminals. Novelty is that thermal-to-electrical energy converter is made in the form of heat pipe which is, essentially, vertical cylinder made of nonmagnetic heat-conducting metal. Cylinder has top wall provided with cooling ribs and at bottom it is closed with lid joined to bedplate. Inner space of cylinder is divided into top and bottom cavities by means of partition provided with outlet valve opening to top cavity. Top and bottom cavities of cylinder are intercommunicating through pipelines provided with cooling ribs each incorporating inlet valve opening to bottom cavity. Top and bottom cavities as well as pipelines are filled with easy-boiling liquid doped with finely dispersed ferric oxide held in suspended condition. Two permanent magnets joined together by means of steel core that mounts wound coil surround cylinder with their opposite poles. Coil winding is connected in series with diode and capacitor, leads of the latter being connected to generator terminals. EFFECT: improved performance characteristics. 15 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение в качестве генератора постоянного тока. The invention relates to the field of electrical engineering and may find application as a direct current generator.

Известен термоэлектронный генератор ТГК-3, состоящий из двух термобатарей с большим числом последовательно соединенных термоэлементов из металлокерамики, теплопередатчика, вытяжной трубы, ребер охлаждения, керосиновой 20-линейной лампы "Молния". Расход керосина 60-70 г/ч, вырабатываемые токи и напряжения: 2 В при токе 2 А, 2 В при токе 0,5 А, отвод 1,2 В при токе 0,36 А /Справочник радиолюбителя под общей редакцией А.А. Куликовского, изд. 5, Государственное энергетическое издательство, М., Л., 1961, с. 318-319, рис. 16.1/. Known thermoelectronic generator TGK-3, consisting of two thermopiles with a large number of series-connected thermocouples of cermets, a heat transfer unit, an exhaust pipe, cooling fins, a 20-linear lightning kerosene lamp. Kerosene consumption 60-70 g / h, generated currents and voltages: 2 V at a current of 2 A, 2 V at a current of 0.5 A, 1.2 V branch at a current of 0.36 A / Radio amateur manual edited by A.A. . Kulikovsky, ed. 5, State Energy Publishing House, M., L., 1961, p. 318-319, fig. 16.1 /.

Недостатками известного термогенератора ТГК-3 являются расход органического топлива, невозможность работы от других источников тепла, низкий кпд, загрязнение окружающей среды продуктами сгорания. The disadvantages of the known thermogenerator TGK-3 are the consumption of fossil fuels, the inability to work from other heat sources, low efficiency, environmental pollution by combustion products.

Указанные недостатки обусловлены тем, что большая часть энергии тратится на освещение, а также конструкцией термоэлектронного генератора. These disadvantages are due to the fact that most of the energy is spent on lighting, as well as the design of the thermionic generator.

Известен также термоэмиссионный генератор, содержащий электроизоляционный корпус, внутри которого размещен преобразователь тепловой энергии в электрическую, выполненный в форме нагреваемого катода, охлаждаемого анода, размещенных в газовой среде. КПД - 15%, мощность 200 кВт, удельная масса 20 кг/кВт. /Морской энциклопедический словарь под ред. д.т.н. В.В. Дмитриева, т, 5, Р-Я, СПб, Судостроение, 1994, с. 213/. Also known is a thermionic generator containing an insulating casing, inside of which there is a converter of thermal energy into electrical energy, made in the form of a heated cathode, a cooled anode, placed in a gaseous medium. Efficiency - 15%, power 200 kW, specific gravity 20 kg / kW. / Marine Encyclopedic Dictionary, ed. Doctor of Technical Sciences V.V. Dmitrieva, t. 5, R-Ya, St. Petersburg, Shipbuilding, 1994, p. 213 /.

Известный термоэмиссионный генератор, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип. Known thermionic generator, as the closest in technical essence and achieved useful result, adopted as a prototype.

Недостатками известного термоэмиссионного генератора, принятого за прототип, являются большая удельная масса, большая разность температур между анодом и катодом, привязан к одному источнику тепла. The disadvantages of the known thermionic generator adopted for the prototype are the large specific gravity, the large temperature difference between the anode and cathode, is tied to one heat source.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией термоэмиссионного генератора. These disadvantages are due to the design of the thermionic generator.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств термогенератора. The aim of the present invention is to improve the performance of the thermogenerator.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что преобразователь тепловой энергии в электрическую заменен тепловой трубой, выполненной в форме вертикального цилиндра, изготовленного из немагнитного теплопроводного металла, имеющего на верхней торцевой стенке ребра охлаждения, а в нижней части закрытый крышкой, соединенной с опорной плитой, причем внутренний объем цилиндра разделен на верхнюю и нижнюю полости посредством перегородки, имеющей выпускной клапан, открывающийся в верхнюю полость, причем верхняя и нижняя полости соединены между собой трубопроводами, имеющими ребра охлаждения, внутри каждого из которых установлен впускной пластинчатый клапан, открывающийся в нижнюю полость, кроме того верхняя и нижняя полости цилиндра и трубопроводы заполнены легкокипящей жидкостью с добавлением окиси железа в мелкодисперсном виде, находящуюся во взвешенном состоянии, двумя постоянными магнитами, соединенными между собой стальным сердечником и охватывающими своими разноименными полюсами вертикальный цилиндр, катушкой с обмоткой, закрепленной на стальном сердечнике, конденсатором, соединенным последовательно с обмоткой катушки и диодом, выводы которого электрически связаны о клеммами. The specified purpose according to the invention is ensured by the fact that the thermal energy to electric converter is replaced by a heat pipe made in the form of a vertical cylinder made of non-magnetic heat-conducting metal having cooling fins on the upper end wall and closed with a lid connected to the base plate in the lower part, the inner volume of the cylinder is divided into upper and lower cavities by means of a partition having an exhaust valve opening into the upper cavity, the upper and lower cavity interconnected by pipelines having cooling fins, inside each of which an inlet plate valve is installed that opens into the lower cavity, in addition, the upper and lower cylinder cavities and pipelines are filled with low-boiling liquid with the addition of finely dispersed iron oxide, in suspension, two constant magnets interconnected by a steel core and covering a vertical cylinder with their opposite poles, a coil with a winding mounted on a steel core, a capacitor connected in series with the coil of the coil and a diode, the terminals of which are electrically connected to the terminals.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид генератора постоянного тока; на фиг. 2 - вид cбоку на генератор постоянного тока; на фиг. 3 - вид сверху на генератор постоянного тока; на фиг. 4 - вид спереди на генератор постоянного тока в разрезе; на фиг. 5 - вид сверху на генератор постоянного тока при снятых крышках с частичным разрезом; на фиг. 6 - устройство тепловой трубы в разрезе; на фиг. 7 - вид сверху на тепловую трубу; на фиг. 8 - общий вид левого постоянного магнита; на фиг. 9 - вид сверху на левый постоянный магнит; на фиг. 10 - общий вид овального сердечника; на фиг. 11 - общий вид катушки; на фиг. 12 - электрическая схема генератора постоянного тока; на фиг. 13 - принцип действия генератора постоянного тока; на фиг. 14 - график тока, протекающего через обмотку катушки; на фиг. 15 - график тока, снимаемого с конденсатора потребителем. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of a DC generator; in FIG. 2 is a side view of a DC generator; in FIG. 3 is a plan view of a direct current generator; in FIG. 4 is a sectional front view of a DC generator; in FIG. 5 is a top view of a DC generator with the covers removed in partial section; in FIG. 6 - sectional view of a heat pipe device; in FIG. 7 is a top view of a heat pipe; in FIG. 8 is a general view of the left permanent magnet; in FIG. 9 is a top view of the left permanent magnet; in FIG. 10 is a General view of the oval core; in FIG. 11 is a general view of the coil; in FIG. 12 is a circuit diagram of a DC generator; in FIG. 13 - principle of operation of a direct current generator; in FIG. 14 is a graph of current flowing through a coil of a coil; in FIG. 15 is a graph of current taken from a capacitor by a consumer.

Генератор постоянного тока содержит корпус 1, закрытый сверху крышками 2, 5, внутри которого размещен преобразователь тепловой энергии в электрическую, представляющий собой тепловую трубу, выполненную в форме цилиндра 4, изготовленного из немагнитного теплопроводного металла и установленного вертикально. Сверху цилиндр имеет торцевую стенку с ребрами охлаждения 5, а снизу закрыт крышкой 6, к которой посредством стопорного кольца 7 прикреплена опорная плита 8. Внутренний объем цилиндра разделен перегородкой 9, закрепленной стопорными кольцами 10, на верхнюю 11 и нижнюю 12 полости. Перегородка имеет выпускной клапан 13, нагруженный пружиной 14, и выпускные отверстия. Выпускной клапан открывается в верхнюю полость. Верхняя и нижняя полости цилиндра соединены между собой трубопроводами 15, 16, имеющими ребра охлаждения 17, 18, внутри которых установлены впускные клапаны 19, 20, открывающиеся в нижнюю полость. Трубопроводы в местах соединения с тепловой трубой имеют теплоизоляционные прокладки, не показанные на чертеже. Цилиндр и трубопроводы на 4/5 объема заполнены легкокипящей жидкостью 21 с добавлением окиси железа в мелкодисперсном виде, находящуюся во взвешенном состоянии или другого магнитного материала. Примерный состав легкокипящей жидкости: эфир 65-70%, глицерин 10-15%, окись железа или другого магнитного материала 20%. Размеры зерен порошка окиси железа и компонентов жидкости должны обеспечивать равномерное распределение порошка по всему объему. Окись железа не должна выпадать в осадок. Левый 22 и правый 25 постоянные магниты одинаковы по конструкции и отличаются друг от друга только направлением магнитной индукции. Каждый из постоянных магнитов содержит отверстия 24, 25 и сферическую поверхность 26. Оба постоянных магнита соединены друг с другом посредством стального сердечника 27 и прикреплены к корпусу. На сердечник надета катушка 28, на которую намотана обмотка 29. Постоянные магниты своими сферическими поверхностями и соответственно разноименными полюсами охватывают цилиндр тепловой трубы. Внутри корпуса установлен конденсатор 30 большой емкости, соединенный последовательно с обмоткой катушки и диодом 31. Выводы конденсатора подключены к клеммам 32, 33, установленными на одной из крышек корпуса. The DC generator contains a housing 1, closed on top by covers 2, 5, inside of which a thermal energy to electric energy converter is placed, which is a heat pipe made in the form of a cylinder 4 made of non-magnetic heat-conducting metal and mounted vertically. The cylinder has an end wall with cooling fins 5 at the top, and a cover 6 is closed at the bottom, to which a support plate is attached by means of a retaining ring 7. The internal volume of the cylinder is divided by a partition 9, fixed by the retaining rings 10, into the upper 11 and lower 12 cavities. The partition has an exhaust valve 13, loaded with a spring 14, and exhaust holes. The exhaust valve opens into the upper cavity. The upper and lower cavities of the cylinder are interconnected by pipelines 15, 16 having cooling fins 17, 18, inside of which inlet valves 19, 20 are installed, opening into the lower cavity. Pipelines at the junction with the heat pipe have heat-insulating gaskets not shown in the drawing. The cylinder and pipelines for 4/5 of the volume are filled with low-boiling liquid 21 with the addition of iron oxide in finely divided form, in suspension or other magnetic material. The approximate composition of the boiling liquid: ether 65-70%, glycerol 10-15%, iron oxide or other magnetic material 20%. The grain size of the iron oxide powder and liquid components should ensure uniform distribution of the powder throughout the volume. Iron oxide should not precipitate. The left 22 and right 25 permanent magnets are identical in design and differ from each other only in the direction of magnetic induction. Each of the permanent magnets comprises openings 24, 25 and a spherical surface 26. Both permanent magnets are connected to each other by means of a steel core 27 and attached to the housing. A coil 28 is put on the core, on which a winding 29 is wound. Permanent magnets with their spherical surfaces and correspondingly opposite poles cover the cylinder of the heat pipe. A large capacitor 30 is installed inside the housing, connected in series with the coil of the coil and the diode 31. The capacitor leads are connected to the terminals 32, 33 installed on one of the housing covers.

Работа генератора постоянного тока. The operation of the DC generator.

Для получения электрической энергии необходимо поставить генератор постоянного тока своей опорной плитой 8 на любую ровную поверхность, являющуюся источником тепла. Нагреваясь, опорная плита 8 станет передавать тепло цилиндру 4 тепловой трубы. Находящаяся в нижней полости 12 легкокипящая жидкость 21 станет кипеть, испаряться и расширяться, создавая повышенное давление. Впускные клапаны 19, 20 закроются. Как только сила давления превысит силу действия пружины 14 выпускной клапан 13 откроется и легкокипящая жидкость 21 с окисью железа выбрасывается через выпускные отверстия вверх, в верхнюю лопасть 11, пересекая магнитные силовые линии постоянных магнитов 22, 23 (фиг.13, где постоянные магниты условно показаны ┘ - образной формы). При этом изменяется магнитный лоток, пересекающий витки обмотки 29 и в ней возникает электрический ток. Когда выпускной клапан 13 закрыт магнитный поток левого 22 и правого 23 постоянных магнитов не изменяется и ток в обмотке 29 катушки 28 не течет. На фиг. 14 видно, что протекающий через обмотку 29 катушки 28 ток является пульсирующим, его величина сначала растет до определенного предела, затем уменьшается до нуля. Достигнув верхней части верхней полости 11 легкокипящая жидкость охлаждается, отдает тепло ребрам охлаждения 5, 17, 18, конденсируется и стекает по трубопроводам 15, 16 в нижнюю полость 12 цилиндра 4, открывая впускные клапаны 19, 20, вследствие того, что в нижней полости 11 создалось разряжение в момент выброса легкокипящей жидкости. Затем все повторяется сначала. Таким образом, периодически в нижней полости 11 создается избыточное давление, открывается выпускной клапан 13, выбрасывается легкокипящая жидкость в верхнюю полость 12, открываются впускные клапаны 19, 20, впуская в нижнюю полость отработанную охлажденную легкокипящую жидкость, а в обмотке 29 катушки 28 периодически возникают импульсы электрического тока. Время между импульсами тока (на фиг. 14 заштрихованные участки), частота следования этих импульсов зависят от температуры нагрева опорной плиты 8, температуры кипения легкокипящей жидкости и силы действия пружины 14 выпускного клапана 13. Пульсирующий ток, возникающий в обмотке 29, через диод 31 поступает на конденсатор 30 и постепенно заряжает его, доводя разность потенциалов на его обкладках до определенной величины. В моменты, когда ток в обмотке 29 не протекает (на фиг.14 заштрихованные участки) диод 31 отключает ее от конденсатора 30, не допуская разряда последнего. Ток, снимаемый с конденсатора, будет постоянным по направлению и величине, как показано на фиг. 15. To obtain electrical energy, it is necessary to put the DC generator with its base plate 8 on any flat surface that is a heat source. When heated, the base plate 8 will transmit heat to the cylinder 4 of the heat pipe. The low-boiling liquid 21 located in the lower cavity 12 will boil, evaporate and expand, creating increased pressure. The inlet valves 19, 20 will close. As soon as the pressure exceeds the force of the spring 14, the exhaust valve 13 opens and low-boiling liquid 21 with iron oxide is ejected through the exhaust holes up into the upper blade 11, crossing the magnetic lines of force of the permanent magnets 22, 23 (Fig. 13, where the permanent magnets are conventionally shown ┘ - shaped). This changes the magnetic tray crossing the turns of the winding 29 and an electric current arises in it. When the exhaust valve 13 is closed, the magnetic flux of the left 22 and the right 23 of the permanent magnets does not change and the current in the winding 29 of the coil 28 does not flow. In FIG. 14 it is seen that the current flowing through the winding 29 of the coil 28 is pulsating, its value first increases to a certain limit, then decreases to zero. Having reached the upper part of the upper cavity 11, the low-boiling liquid cools, gives off heat to the cooling fins 5, 17, 18, condenses and flows through pipelines 15, 16 into the lower cavity 12 of the cylinder 4, opening the inlet valves 19, 20, due to the fact that in the lower cavity 11 created a vacuum at the time of the ejection of boiling liquid. Then everything repeats first. Thus, excess pressure is periodically created in the lower cavity 11, the exhaust valve 13 opens, the boiling liquid is discharged into the upper cavity 12, the inlet valves 19, 20 open, letting the spent cooled low boiling liquid into the lower cavity, and pulses periodically appear in the coil 29 of the coil 28 electric current. The time between current pulses (shaded sections in Fig. 14), the pulse repetition rate depend on the heating temperature of the base plate 8, the boiling point of the low-boiling liquid and the force of the spring 14 of the exhaust valve 13. The ripple current arising in the winding 29 is supplied through the diode 31 to the capacitor 30 and gradually charges it, bringing the potential difference on its plates to a certain value. At times when no current flows in the winding 29 (shaded sections in FIG. 14), the diode 31 disconnects it from the capacitor 30, preventing the discharge of the latter. The current taken from the capacitor will be constant in direction and magnitude, as shown in FIG. fifteen.

Генератор постоянного тока может быть использован в экспедициях, турпоходах и в других случаях, когда нужна электроэнергия и есть какие-либо источники тепла (О тепловой трубе, см. Физический энциклопедический словарь, гл. ред. A.М. Прохоров, М., Советская энциклопедия, 1985, с. 745). A direct current generator can be used on expeditions, camping trips, and in other cases when electricity is needed and there are any sources of heat (For a heat pipe, see the Physical Encyclopedic Dictionary, chap. Ed. A.M. Prokhorov, M., Sovetskaya Encyclopedia, 1985, p. 745).

Положительный эффект: может работать при небольшой разнице температур, использование любого источника тепла, небольшой вес, высокая мобильность. Positive effect: it can work at a small temperature difference, the use of any heat source, low weight, high mobility.

Claims

A DC generator comprising a housing, a converter of thermal energy into electrical energy, terminals, characterized in that the converter of thermal energy into electrical energy is made in the form of a heat pipe, which is a vertical cylinder made of non-magnetic heat-conducting metal, having cooling fins on the upper end wall, and in the lower part it is closed by a lid connected to the base plate, and the internal volume of the cylinder is divided into upper and lower cavities by means of a partition having an outlet a valve opening into the upper cavity, the upper and lower cavities of the cylinder being interconnected by pipelines having cooling fins, inside each of which an inlet valve is installed that opens into the lower cavity, and the upper, lower cavities and pipelines are filled with low-boiling liquid with the addition of oxide finely dispersed iron in suspension in liquid, in addition, two permanent magnets interconnected by a steel core encompass the cylinder in the middle with its own opposites poles, and the coil is fixed to the steel core, which coil is connected in series with a diode and a capacitor, which terminals are connected to terminals.