RU2310253C2 - Method for direct conversion of heat into three-phase electrical energy - Google Patents

Method for direct conversion of heat into three-phase electrical energy Download PDF

Info

Publication number
RU2310253C2
RU2310253C2 RU2005122695/28A RU2005122695A RU2310253C2 RU 2310253 C2 RU2310253 C2 RU 2310253C2 RU 2005122695/28 A RU2005122695/28 A RU 2005122695/28A RU 2005122695 A RU2005122695 A RU 2005122695A RU 2310253 C2 RU2310253 C2 RU 2310253C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thermionic
heat
pulses
frequency
electrical energy
Prior art date
Application number
RU2005122695/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валентин Георгиевич Гарбузов (RU)
Валентин Георгиевич Гарбузов
Лев Николаевич Смирнов (RU)
Лев Николаевич Смирнов
Сергей Евгеньевич Щеклеин (RU)
Сергей Евгеньевич Щеклеин
Original Assignee
Валентин Георгиевич Гарбузов
Сергей Евгеньевич Щеклеин
Лев Николаевич Смирнов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Валентин Георгиевич Гарбузов, Сергей Евгеньевич Щеклеин, Лев Николаевич Смирнов filed Critical Валентин Георгиевич Гарбузов
Priority to RU2005122695/28A priority Critical patent/RU2310253C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2310253C2 publication Critical patent/RU2310253C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: heat energy direct conversion into electricity for power supply to buildings in metallurgy and transport where frequency-regulated electric drives are required.
SUBSTANCE: proposed method intended for direct conversion of heat energy into three-phase electricity, for instance, to generate electrical energy by evaporation of electrons in vacuum due to heat of gases produced in fuel combustion is characterized in that phase shift, frequency, and waveform of output voltage of thermionic generator incorporating thermionic elements disposed in the form of multi-deck battery washed by coolant flowing over spiral path are specified by control pulses distinguished by amplitude whose length equals that of intervals. Thermionic elements are periodically thrown in operation by pulses; they are grouped in compliance with number of phases and connected in parallel networks within each group; even number of minimum four networks in one phase is specified, half of them being differentially connected. Part of networks of one direction are differentially connected affording connection of other part of networks.
EFFECT: enhanced effectiveness of heat conversion into adjustable-frequency three-phase power whose output voltage waveform is close to sine wave.
1 cl, 5 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к области энергетики, а конкретно к прямому получению электрической энергии из тепла сжигания топлива посредством термоэлектронной эмиссии, и может быть использовано для снабжения электрической энергией промышленных и бытовых объектов, а также для частотно-регулируемого электропривода переменного трехфазного тока.The claimed invention relates to the field of energy, and specifically to the direct production of electrical energy from the heat of combustion of fuel by thermionic emission, and can be used to supply electrical energy to industrial and domestic facilities, as well as for a frequency-controlled electric drive of alternating three-phase current.

Известен способ преобразования тепловой энергии в электрическую энергию, состоящий в следующем. В вакуумной камере, содержащей катод, термически соединенный с источником тепла, располагают токосъемный электрод сетчатой конструкции, а анод помещают вне вакуумной камеры, над токосъемным электродом. Токосъемный электрод периодически соединяют при помощи переключателя с конденсатором, накапливающим электрическую энергию преобразователя. В паузах между тактами токосъема конденсатор через тот же переключатель подключают к обмотке выходного трансформатора, преобразующего постоянное напряжение в переменное напряжение. В тех же паузах на анод подают положительные импульсы высокого напряжения от выпрямителя, который соединен с трансформатором. Положительные импульсы периодически отсасывают противоположный заряд от катода и увеличивают его эмиссионную активность, а полезную нагрузку при этом подключают к одной из обмоток трансформатора [патент RU №2087990, МПК 6 Н01J 45/00, 1997 г.].A known method of converting thermal energy into electrical energy, consisting in the following. In a vacuum chamber containing a cathode thermally connected to a heat source, a current-collecting electrode of a mesh structure is arranged, and the anode is placed outside the vacuum chamber, above the current-collecting electrode. The collector electrode is periodically connected using a switch with a capacitor that accumulates the electrical energy of the converter. In the pauses between the current collection cycles, the capacitor through the same switch is connected to the winding of the output transformer, which converts direct voltage to alternating voltage. In the same pauses, positive high voltage pulses from the rectifier, which is connected to the transformer, are supplied to the anode. Positive pulses periodically suck out the opposite charge from the cathode and increase its emission activity, while the payload is connected to one of the transformer windings [RU patent No. 2087990, IPC 6 H01J 45/00, 1997].

Преобразование тепловой энергии в электрическую энергию по известному способу осуществляют путем нагрева катода, расположенного в вакуумной камере преобразователя, потоком теплоносителя, подводимого с внешней стороны камеры нагревателя от источника тепла. Полезная работа во внешней цепи совершается за счет электронов, покидающих нагреваемый катод и накапливающихся на электроде сетчатой конструкции в виде отрицательного заряда.The conversion of thermal energy into electrical energy by a known method is carried out by heating the cathode located in the vacuum chamber of the Converter, the flow of coolant supplied from the outside of the heater chamber from a heat source. Useful work in the external circuit is accomplished by electrons leaving the heated cathode and accumulating on the electrode of the mesh structure in the form of a negative charge.

В известном способе использован прием получения прерывистого движения потока электронов тепловой эмиссии с преобразование движения в переменный ток в нагрузке. Недостатками известного способа являются следующие. Преобразователь, построенный по известному способу, имеет невысокую эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую энергию, коэффициент полезного действия (КПД) преобразователя не превышает 10%. Это связано, прежде всего, с нерациональным использованием тепловой энергии потока теплоносителя. В преобразователе в электрическую энергию преобразуется только малая часть подводимого тепла. Основная доля теплового потока, проходящего через преобразователь, отводится от сетчатого электрода и анода в окружающую среду, где рассеивается. Форма напряжения нагрузки, получаемой от трансформации однополярных прерывистых импульсов, далека от требуемой синусоидальной формы, она содержит высокочастотные гармонические составляющие, которые перегружают электрическую сеть, являясь источником дополнительных потерь электрической энергии.In the known method, the method of obtaining intermittent motion of a stream of electrons of thermal emission is used with the conversion of motion into alternating current in a load. The disadvantages of this method are as follows. The Converter, built according to the known method, has a low efficiency of converting thermal energy into electrical energy, the efficiency (efficiency) of the converter does not exceed 10%. This is due, first of all, to the irrational use of heat energy from the heat carrier flow. In the converter, only a small part of the heat input is converted to electrical energy. The bulk of the heat flux passing through the converter is diverted from the mesh electrode and the anode to the environment where it is scattered. The form of the load voltage obtained from the transformation of unipolar discontinuous pulses is far from the required sinusoidal shape, it contains high-frequency harmonic components that overload the electric network, being a source of additional losses of electric energy.

Известен способ прямого преобразоваания тепловой энергии в электрическую энергию и термоэмиссионный генератор для его осуществления, наиболее близкий по своей физической сущности к заявляемому способу - прототип. В известном способе преобразование тепловой энергии в электрическую энергию осуществляют через поток движущегося теплоносителя, который подают к термоэмиссионным элементам. Они размещены в герметичном корпусе термоэмиссионного генератора в виде многоэтажной батареи с возможностью образования спиралевидной траектории прохождения потока теплоносителя по этажам батареи, которые отделены друг от друга каналами. Поток теплоносителя пропускают по первому каналу, нагревая эмиттеры термоэмиссионных элементов первого этажа, по меньшей мере, до температуры тепловой эмиссии электронов. На выходе из канала поток теплоносителя через канал обводной магистрали подают на вход следующего канала в том же направлении, что и поток теплоносителя предыдущего канала. При этом один и тот же поток теплоносителя одновременно используют для нагрева эмиттеров последующего этажа и в качестве охлаждающего агента для коллекторов термоэмиссионных элементов предыдущего этажа. Рабочий цикл повторяют до снижения температуры отработанного потока ниже температуры тепловой эмиссии электронов.A known method of direct conversion of thermal energy into electrical energy and a thermionic generator for its implementation, the closest in its physical essence to the claimed method is a prototype. In the known method, the conversion of thermal energy into electrical energy is carried out through the flow of a moving heat carrier, which is supplied to the thermionic elements. They are placed in a sealed enclosure of a thermionic emission generator in the form of a multi-storey battery with the possibility of forming a spiral trajectory of the flow of coolant along the floors of the battery, which are separated from each other by channels. The coolant flow is passed through the first channel, heating the emitters of thermionic elements of the first floor, at least to the temperature of thermal emission of electrons. At the outlet of the channel, the coolant flow through the bypass line channel is fed to the input of the next channel in the same direction as the coolant flow of the previous channel. At the same time, the same coolant flow is simultaneously used to heat emitters of the next floor and as a cooling agent for collectors of thermionic elements of the previous floor. The duty cycle is repeated until the temperature of the waste stream drops below the temperature of the thermal emission of electrons.

Термоэмиссионные элементы связаны между собой в единую электрическую цепь.Thermionic elements are interconnected in a single electrical circuit.

В известном термоэмиссионном генераторе каждый из термоэмиссионных элементов содержит плоские эмиттер и коллектор, которые размещены с межэлектродным зазором внутри плоского герметичного кожуха, и механизм переноса электронов через межэлектродный промежуток (РФ, патент №2144241, МПК Н01J 45/00, 2000 г.).In the known thermionic emission generator, each of the thermionic elements contains a flat emitter and a collector, which are placed with an interelectrode gap inside a flat sealed casing, and an electron transfer mechanism through the interelectrode gap (RF Patent No. 2144241, IPC Н01J 45/00, 2000).

Применение способа позволяет использовать тепло, которое прошло через каждый термоэмиссионный элемент, в последующих термоэмиссионных элементах, что обеспечивает высокую эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую энергию, повышает КПД термоэмиссионного генератора до 60%. Недостотком известного способа является то, что термоэмиссионный генератор, сделанный по известному способу, не вырабатывает переменный ток.The application of the method allows the use of heat that has passed through each thermionic element in subsequent thermionic elements, which ensures high efficiency of the conversion of thermal energy into electrical energy, increases the efficiency of the thermionic generator to 60%. The disadvantage of this method is that the thermionic generator made by the known method does not produce alternating current.

Задача изобретения - обеспечить высокую эффективность преобразования в термоэмиссионном генераторе тепловой энергии к электрическую энергию переменного многофазного электрического тока и улучшить форму выходного напряжения.The objective of the invention is to provide high conversion efficiency in a thermionic generator of thermal energy to electrical energy of an alternating multiphase electric current and to improve the shape of the output voltage.

Поставленная задача решается тем, что в термоэмиссионном генераторе с термоэмиссионными элементами, размещенными в виде многоэтажной батареи, согласно заявляемому способу, сдвиг фаз, частоту и форму выходного напряжения задают схемой управления, которая вырабатывает дискретные импульсы с меняющейся амплитудой и длительностью, равной длительности промежутка между импульсами. Импульсами периодически включают в работу термоэмиссионные элементы. При этом термоэмиссионные элементы объединяют в группы по числу фаз, в каждой группе термоэмиссионные элементы соединяют в параллельные цепочки, в одной фазе их четное число и не менее четырех, цепочки в фазе включают попарно встречно.The problem is solved in that in a thermionic emission generator with thermionic elements placed in the form of a multi-storey battery, according to the claimed method, the phase shift, frequency and shape of the output voltage are set by a control circuit that generates discrete pulses with varying amplitude and duration equal to the duration of the interval between pulses . Pulses periodically include in the work of thermionic elements. In this case, the thermionic elements are combined into groups according to the number of phases, in each group the thermionic elements are connected in parallel chains, in one phase there is an even number and at least four, the chains in the phase are turned on in pairs.

При импульсной работе термоэмиссионных элементов достигается максимальный эффект преобразования тепла в электрическую энергию (см., например, кн. Л.Н.Добрецов, М.В.Гомоюнова. «Эмиссионная электроника», издетельство «Наука», M., 1966, на стр.205, в таблице 4 последняя строка).In the pulsed operation of thermionic elements, the maximum effect of the conversion of heat into electrical energy is achieved (see, for example, Prince L.N.Dobretsov, M.V. Gomoyunova. "Emission Electronics", publishing house "Nauka", M., 1966, on page .205, in table 4 the last line).

Сравнение предлагаемого способа с известным позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию «новизна», так как предложен новый прием организации потоков электрической энергии в термоэмиссионном генераторе, при котором осуществляется прямое высокоэффективное преобразование тепла в электрическую энергию многофазного переменого тока. Выходное напряжение имеет строго синусоидальную форму. Форма выходного напряжения образуется оригинальным сплошным заполнением высокочастотными импульсами, отличающимися амплитудой. Появляется возможность в широких пределах менять частоту выходного напряжения.Comparison of the proposed method with the known one allows us to conclude that the proposed method meets the criterion of "novelty", as a new method of organizing the flow of electric energy in a thermionic generator is proposed, in which direct high-efficiency conversion of heat into electrical energy of multiphase alternating current is carried out. The output voltage has a strictly sinusoidal shape. The shape of the output voltage is formed by the original continuous filling with high-frequency pulses of different amplitude. It becomes possible to widely vary the frequency of the output voltage.

В известных источниках информации не обнаружено данных об известности заявляемого приема организации управления термоэмиссионными элементами для формирования синусоидальной огибающей выходного напряжения с возможностью регулирования частоты. Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «Изобретательский уровень».In the known sources of information, no data were found on the popularity of the claimed method of controlling the thermionic emission elements for forming a sinusoidal envelope of the output voltage with the possibility of frequency regulation. All of the above allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "Inventive step".

Заявляемый способ может быть применен на любой электростанции, а так же там, где требуется регулирование частоты питающего напряжения без снижения вырабатывемой мощности в процессе потребления электрической энергии, например в электроприводах на транспорте.The inventive method can be applied at any power plant, as well as where it is necessary to control the frequency of the supply voltage without reducing the generated power during the consumption of electric energy, for example, in electric drives in transport.

Заявляемый способ прямого преобразования тепла в электрическую энергию трехфазного переменного тока иллюстрируется следующими чертежами.The inventive method of direct conversion of heat into electrical energy of three-phase alternating current is illustrated by the following drawings.

На фиг.1,а представлена схема движения потока теплоносителя через термоэмиссионные элементы термоэмиссионного генератора.Figure 1, a presents a diagram of the motion of the coolant flow through thermionic elements of a thermionic generator.

На фиг.1,б изображен фрагмент устройства плоского термоэмиссионного элемента.Figure 1, b shows a fragment of the device of a flat thermionic element.

На фиг.2,а приведена блок-схема термоэмиссионного генератора, по которой реализуется способ.Figure 2, a shows a block diagram of a thermionic generator, which implements the method.

На фиг.2,б дана принципиальная схема электрических соединений термоэмиссионного генератора, в качестве примера конкретной реализации способа.Figure 2, b is a schematic diagram of the electrical connections of the thermionic generator, as an example of a specific implementation of the method.

На фиг.2,в изображены формы управляющих и выходного напряжений в узлах термоэмиссионного генератора.Figure 2, in the form of the control and output voltages in the nodes of the thermionic generator.

Термоэмиссионный генератор, используемый для демонстрации способа (фиг.1,а), состоит из размещенных этажами в корпусе 1 плоских термоэмиссионных элементов 2. Каждый из термоэмиссионных элементов содержит эмиттер 3 и коллектор 4 с межэлектродным зазором и помещен внутрь герметичного кожуха.The thermionic generator used to demonstrate the method (Fig. 1, a) consists of flat thermionic elements 2 placed on the floors in the housing 1. Each of the thermionic elements contains an emitter 3 and a collector 4 with an interelectrode gap and is placed inside a sealed enclosure.

Непосредственно к корпусу 1 премыкает блок 5, содержащий обводные каналы, которые служат для перевода потока теплоносителя 6 (путь теплоносителя обозначен сплошной линией со стрелками) с этажа на этаж. Теплоносителем является горячий газ (дым) от сжигания топлива в топке термоэмиссионного генератора (на фиг.1,а топка не показана). Прерывистой линией со стрелками обозначен поток воздуха 5, которым производится охлаждение коллекторов последнего этажа (на фиг.1,а нижнего).Block 5, containing bypass channels, which serves to transfer the flow of coolant 6 (the path of the coolant is indicated by a solid line with arrows) from floor to floor, directly comes to housing 1. The coolant is hot gas (smoke) from burning fuel in the furnace of the thermionic emission generator (in Fig. 1, but the furnace is not shown). An intermittent line with arrows indicates the air flow 5, which is used to cool the collectors of the last floor (in Fig. 1, and the bottom).

На фиг.1,б изображено размещение эмиттера 3 и коллектора 4 в термоэмиссионном элементе. Вблизи коллектора в межэлектродном пространстве термоэмиссионного элемента расположены провода 8 управляющей сетки с термостойкой электроизоляцией 9.Figure 1, b shows the placement of the emitter 3 and collector 4 in the thermionic element. Near the collector in the interelectrode space of the thermionic element there are wires 8 of the control grid with heat-resistant electrical insulation 9.

Блок-схема фиг.2,а включает четыре секции. В секции 1 (формираватель управляющих сигналов) вырабатываются электрические сигналы управления, обеспечивающие сдвиг фаз, задание частоты и формы выходного напряжения термоэмиссиионного генератора. В секции 2 происходит преобразование сигналов непрерывной формы в импульсную и согласование мощности импульсных сигналов с мощностями, требуемыми для питания управляющих сеток термоэмиссионных элементов секции 3. Секция 3 (силовая) служит для выработки электрической энергии из тепловой энергии. Каждый термоэмиссионный элемент вырабатывает электрическую энергию только в период, когда к его сетке приложен импульс напряжения, поступивший из секции 2. В секции 4 (нагрузка) происходит потребление электроэнергии.The block diagram of figure 2, and includes four sections. In section 1 (driver of control signals), electrical control signals are generated that provide phase shift, frequency and shape of the output voltage of the thermionic generator. In section 2, the continuous-waveform signals are converted to pulsed and the power of the pulsed signals is matched with the powers required to power the control grids of the thermionic elements of section 3. Section 3 (power) is used to generate electrical energy from thermal energy. Each thermionic element produces electric energy only during the period when a voltage pulse is applied to its grid from section 2. In section 4 (load), electricity is consumed.

Заявляемый эффект в термоэмиссионном генераторе достигается за счет приемов коммутации термоэмиссионных элементов в единую электрическую цепь и целенаправленного воздействия управляющих импульсных сигналов на управляющие сетки термоэмиссионных элементов.The claimed effect in a thermionic generator is achieved through the methods of switching thermionic elements into a single electric circuit and the targeted influence of control pulse signals on the control grid of thermionic elements.

На схеме фиг.2,б утолщенными линиями изображены соединения элементов силовой части термоэмиссионного генератора, тонкими линиями обозначены соединения элеметов цепей управления.In the diagram of figure 2, b thickened lines show the connections of the elements of the power part of the thermionic generator, thin lines indicate the connections of the elements of the control circuits.

Термоэмиссионные элементы (ТЭ1, ..., ТЭ4), как показано на схеме фиг.2,б (секция 3), разделены на три равные группы по колличеству требуемых при питании нагрузки потребляющей трехфазный переменный ток фаз.Thermionic elements (TE1, ..., TE4), as shown in the diagram of FIG. 2, b (section 3), are divided into three equal groups according to the number of phases required for feeding a load, which consumes a three-phase alternating current.

На схеме изображено соединение ТЭ только одной фазы А, соединения фаз В и С аналогичны, поэтому их изображения не показаны. ТЭ в одной фазе разделены на 4 цепочки. Соединение ТЭ в каждой цепочке последовательное. Все четыре цепочки соединены параллельно и попарно встречно так, что через цепочки 1, 2 может следовать ток только одного направления, а через цепочки 3, 4 противоположного.The diagram shows the connection of FCs of only one phase A, the connections of phases B and C are similar, therefore their images are not shown. Fuel cells in one phase are divided into 4 chains. The TE compound in each chain is sequential. All four chains are connected in parallel and counter-pairwise so that only one direction can follow through chains 1, 2, and in the opposite direction through chains 3, 4.

Такой способ соединения в фазах обусловлен свойствами ТЭ. ТЭ является источником электроэнергии, в нем происходит преобразование тепла в электричество. ТЭ может вырабатывать ток только одного направления. Величина напряжения ТЭ пропорциональна напряжению на управляющей сетке, причем ТЭ эффективно работает только при подаче на сетку прерывистого однополярного напряжения, имеющего положительную полярность по отношению к эмиттеру. При нулевом сигнале управления или при сигнале обратного знака в ТЭ не происходит выработки электрической энергий.This method of connection in phases is due to the properties of TE. A fuel cell is a source of electricity; it converts heat to electricity. A fuel cell can only generate current in one direction. The voltage value of the FC is proportional to the voltage on the control grid, and the FC only works effectively when an intermittent unipolar voltage is applied to the grid, which has a positive polarity with respect to the emitter. When the control signal is zero or the signal of the opposite sign in the fuel cell does not generate electrical energy.

В каждой цепочке ТЭ управляющие сетки соединены между собой и подключены к выходам усилителей согласования мощности УМ1, ..., УМ4, секции 2. На выход силовой цепи термоэмиссионного генератора подключена нагрузка Z (секция 4) в звезду, она может включаться и в треугольник, если это требуется. Система выработки управляющих сигналов (секции 1 и 2) может быть реализована на электромеханических элементах или интегральных схемах. Вариант системы фиг.2,б выполнен на электромеханических элементах. Микродвигатель постоянного тока М питается от стабилизированного источника Б, который может подзаряжаться от силовых цепей секции 3 (на фиг.2,б схема подзарядки не показана). Потенциометром R регулируется напряжение микродвигателя М. Микродвигатель М вращает микрогенератор Г, на роторе которого вращается двухполюсный магнит. На статоре Г размещены обмотки. Их пространственное расположение обеспечивает неизменный фазовый сдвиг наводимых в них ЭДС. При вращении магнита в обмотках наводятся ЭДС синусоидальной формы. Частота ЭДС определяется скоростью вращения ротора Г. Обороты микродвигателя М пропорциональны величине подводимого напряжения. При перемещении движка потенциометра R будут меняться обороты микродвигателя М, а следовательно, и частота ЭДС, вырабатываемых микрогенератором Г. Таким образом, управляющие сигналы напряжения секции 1 имеют синусоидальную форму, сдвиг фаз и заданную частоту. Изменением величины подпитки постоянных магнитов в генераторе Г при изменении скорости вращения его ротора достигается стабильность амплитуды выходного напряжения генератора. Схема подпитки магнитов на фиг.2,б не показана. В преобразующе-согласующем устройстве (секция 2) осуществляется преобразование непрерывного сигнала в импульсы, причем величина длительности импульсов и пропусков совпадают, а огибающая амплитуда импульсов повторяет форму сигналов, вырабатываемых в секции 1. В данном случае для преобразования использованы аналоговые ключи на МОП - транзисторах (см. кн. Тетельбаум И.М., Шнейдер Ю.Р. «Практика аналогового моделирования динамических систем». Справочное пособие - М.: Энергоатомиздат, 1987, с.241). Попеременно на каждом из двух выходов триггера ТР появляются импульсы и открывают транзисторы VT1 и VT3 или VT2 и VT4. Открывание транзисторов соправождается закорачиванием усилителей 1 и 2 или 3 и 4, в этом положении усилители не пропускают сигналы, вырабатываемые в секции 1, и на их выходах будет напряжение, равное нулю. При работе ТР на выходах усилителей УМ1,...,УМ4 образуются прерывистые сигналы в виде серии импульсов с частотой появления, задаваемой на ТР и амплитудами, образующими огибающую, повторяющую форму сигнала секции 1.In each TE circuit, the control grids are interconnected and connected to the outputs of the power matching amplifiers UM1, ..., UM4, section 2. The load Z (section 4) is connected to the star at the output of the power circuit of the thermionic generator, it can also be connected to a triangle, if required. The system for generating control signals (sections 1 and 2) can be implemented on electromechanical elements or integrated circuits. A variant of the system of figure 2, b is made on electromechanical elements. The DC micromotor M is powered by a stabilized source B, which can be recharged from the power circuits of section 3 (in Fig. 2, b, the charging circuit is not shown). The potentiometer R controls the voltage of the micromotor M. The micromotor M rotates the microgenerator G, on the rotor of which a bipolar magnet rotates. On the stator G placed windings. Their spatial arrangement provides a constant phase shift of the emf induced in them. When the magnet rotates in the windings, an emf of a sinusoidal shape is induced. The frequency of the EMF is determined by the rotational speed of the rotor G. The revolutions of the micromotor M are proportional to the magnitude of the input voltage. When moving the potentiometer engine R, the revolutions of the micromotor M and, consequently, the frequency of the emf generated by the microgenerator G. will change. Thus, the control voltage signals of section 1 have a sinusoidal shape, a phase shift and a given frequency. By changing the magnitude of the recharge of permanent magnets in the generator G with a change in the speed of rotation of its rotor, stability of the amplitude of the output voltage of the generator is achieved. The recharge scheme of the magnets in figure 2, b is not shown. In the converting-matching device (section 2), a continuous signal is converted into pulses, and the pulse durations and gaps are the same, and the envelope amplitude of the pulses repeats the shape of the signals generated in section 1. In this case, the analog keys are used on the MOS transistors ( see book Tetelbaum IM, Schneider Yu.R. “Practice of analog modeling of dynamical systems.” Reference manual - M .: Energoatomizdat, 1987, p.241). Alternately, pulses appear on each of the two outputs of the TR trigger and open transistors VT1 and VT3 or VT2 and VT4. Opening transistors is accompanied by shorting the amplifiers 1 and 2 or 3 and 4, in this position the amplifiers do not pass the signals generated in section 1, and there will be a voltage of zero at their outputs. During the operation of the TR at the outputs of the amplifiers UM1, ..., UM4, discontinuous signals are formed in the form of a series of pulses with the appearance frequency set on the TR and amplitudes forming an envelope that repeats the waveform of section 1.

Как следует из графиков напряжений U1 и U2, их формы дополняют одна другую и при наложении они образуют сплошную синусоидальную зависимость. Их выходы УМ1 и УМ2 подключены к сеткам двух разных цепочек термоэмиссионных элементов ТЭ1 и ТЭ2. Управляющие сетки цепочек находятся под импульсным напряжением и поэтому происходит интенсивное преобразование тепла в электрическую энергию в этих двух цепочках. Максимум эффекта преобразования достигается регулированием частоты триггера ТР. Напряжение на цепочке из ТЭ1 и ТЭ2 будет не импульсным, а заполненным благодаря воздействию импульсных сигналов попеременно на каждую цепочку. Данная цепочка «открыта» для тока одного направления. При изменении знака сигнала эта цепочка закрывается, и работает цепочка, содержащая термоэмиссионные элементы ТЭ3 и ТЭ4. Усилитель П служит для изменения знака сигнала на обратный. Штрихами на фиг.2, в обозначены импульсы сигналов в периоды, когда они запирают цепочки. термоэмиссионных элементов.As follows from the voltage graphs U1 and U2, their shapes complement one another and, when superimposed, they form a continuous sinusoidal dependence. Their outputs UM1 and UM2 are connected to the grids of two different chains of thermionic elements TE1 and TE2. The control grids of the chains are under pulsed voltage, and therefore there is an intensive conversion of heat into electrical energy in these two chains. The maximum effect of the conversion is achieved by adjusting the frequency of the trigger TR. The voltage on the chain of TE1 and TE2 will not be pulsed, but filled due to the effect of pulsed signals alternately on each chain. This chain is “open” for current in one direction. When the sign of the signal changes, this chain closes, and the chain containing the thermionic elements TE3 and TE4 works. Amplifier P serves to reverse the sign of the signal. The dashes in FIG. 2, c indicate the pulses of the signals during the periods when they lock the chains. thermionic elements.

Claims (1)

Способ прямого преобразования тепловой энергии в электрическую энергию путем передачи тепла термоэмиссионным элементам, размещенным в герметичном корпусе термоэмиссионного генератора в виде многоэтажной батареи, через поток движущегося по спиралевидной траектории теплоносителя, отличающийся тем, что термоэмиссионные элементы объединяют в группы по числу фаз, в каждой группе термоэмиссионные элементы соединяют в параллельные цепочки, в одной группе устанавливают не менее четырех цепочек, половину цепочек включают встречно, а сдвиг фаз, частоту и форму выходного напряжения термоэмиссионного генератора задают импульсами управления, которые подают на управляющие сетки термоэмиссионных элементов, импульсы имеют длительности, равные длительностям промежутков, но отличаются амплитудами, причем к части цепочек одного направления на сетки подают импульсы, сдвинутые во времени на величину промежутка по отношению к импульсам, поступающим на сетки другой части.A method for directly converting thermal energy into electrical energy by transferring heat to thermionic elements placed in a sealed housing of a thermionic generator in the form of a multistory battery through a flow of a heat carrier moving along a spiral path, characterized in that thermionic elements are combined into groups according to the number of phases, in each group thermionic elements are connected in parallel chains, at least four chains are set in one group, half of the chains are turned in the opposite direction, and the shift of phases, the frequency and shape of the output voltage of the thermionic generator is set by control pulses, which are supplied to the control grids of thermionic elements, the pulses have durations equal to the durations of the gaps, but differ in amplitudes, and pulses shifted in time by the value of the gap are supplied to the part of the chains of the same direction in relation to the pulses arriving at the grids of another part.
RU2005122695/28A 2005-07-18 2005-07-18 Method for direct conversion of heat into three-phase electrical energy RU2310253C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005122695/28A RU2310253C2 (en) 2005-07-18 2005-07-18 Method for direct conversion of heat into three-phase electrical energy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005122695/28A RU2310253C2 (en) 2005-07-18 2005-07-18 Method for direct conversion of heat into three-phase electrical energy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2310253C2 true RU2310253C2 (en) 2007-11-10

Family

ID=38958408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005122695/28A RU2310253C2 (en) 2005-07-18 2005-07-18 Method for direct conversion of heat into three-phase electrical energy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2310253C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2664676C1 (en) * 2017-05-31 2018-08-21 Владимир Федорович Харламов Heat-to-alternate electric current energy converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2664676C1 (en) * 2017-05-31 2018-08-21 Владимир Федорович Харламов Heat-to-alternate electric current energy converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Linear-grating hybridized electromagnetic-triboelectric nanogenerator for sustainably powering portable electronics
Parackal et al. PV powered zeta converter fed BLDC drive
US11444550B1 (en) Multi switch inverter, personal power plant system using thereof and method to generate AC power sine wave
Panigrahi et al. Analysis, design, and implementation of an elastomer generator based energy harvesting scheme
RU2310253C2 (en) Method for direct conversion of heat into three-phase electrical energy
Jayalakshmi et al. Design and implementation of single phase inverter based on Cuk converter for PV system
Nayagam et al. Green energy based coupled inductor interleaved converter with MPPT technique for BLDC application
Sathishkumar et al. Microcontroller based BLDC motor drive for commercial applications
Dhumal et al. Solar PV array based water pumping by using SRM drive: A review
Kim et al. Stand-alone wind power generation system using vector-controlled cage-type induction generators
Kumar et al. Single phase Five level inverter for solar-PV applications
Maroti et al. A high gain DC-DC converter using voltage multiplier
Samuel et al. Multilevel inverter control for wind-photovoltaic generation systems
Giribabu et al. Single phase packed-U-cell five level solar inverter with dual operation using fuzzy logic controller
Pasha et al. A new hybrid boosting converter for renewable energy applications
Nisha Non Inverting Buck-Boost Converter with PV fed BLDC Drive for Irrigation
Fabbina et al. High Switched Reluctance Generator for PSO Optimized WECS
Seetharaman et al. An efficient soft switching buck converter scheme for charging lead acid battery from PV source
Tapia-Hernandez et al. Techniques used to synchronize multi-phase AC-DC converters for energy harvesting applications, a review
Adhithya et al. Battery charging using thermoelectric generation module in automobiles
Lakshmi Power factor improvement of Canonical switch cell Converter fed BLDC Motor Drive
Phurahong et al. Performance Analysis of Six Coils Monopole and Eight Pole Neodymium Magnet Generator
Deng et al. A novel converter topology for 6 phase switched reluctance motor drives
Shankar et al. Performance evaluation of a nine level cascaded multilevel inverter with single DC source for photovoltaic system
Sehirli et al. Comparison of SVPWM and SPWM on PMSM Speed Control fed by PV Array with SEPIC MPPT

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080719

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20100627

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110719