RU2716266C1 - Method of producing electric current - Google Patents
Method of producing electric current Download PDFInfo
- Publication number
- RU2716266C1 RU2716266C1 RU2019114093A RU2019114093A RU2716266C1 RU 2716266 C1 RU2716266 C1 RU 2716266C1 RU 2019114093 A RU2019114093 A RU 2019114093A RU 2019114093 A RU2019114093 A RU 2019114093A RU 2716266 C1 RU2716266 C1 RU 2716266C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- collector
- emitter
- anode
- field
- electric
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам генерации электроэнергии и может быть использовано для промышленного получения электроэнергии и применено для обеспечения электроэнергией широкого круга промышленных, транспортных и бытовых потребителей.The invention relates to electrical engineering, in particular to methods for generating electricity and can be used for industrial generation of electricity and is used to provide electricity to a wide range of industrial, transport and domestic consumers.
Широко известны различные способы получения электрической энергии, преобразующие один из видов энергии в электрическую: электрохимический, термоэлектрический, магнитоэлектрический, пьезоэлектрический, фотоэлектрический, с использованием ядерной энергии и другие (см. "Большая Советская энциклопедия". - М.: Изд-во "Советская энциклопедия", 1978, т. 10, с. 580-581). Общими для них проблемами являются низкий КПД преобразования исходной энергии в электрическую, а также экологическое загрязнение окружающей среды при утилизации используемых природных ресурсов. При этом, например, для создания и поддержания электромагнитного поля в генераторах или двигателях постоянного тока, для работы термоэлектрических генераторов, используемых в качестве источников тока, требуется потребление значительных объемов энергоносителей. Источники тока, преобразующие энергию солнечного излучения, эффективно могут быть использованы только в районах с большим числом солнечных дней в году. Кроме того, ряд источников электроэнергии в процессе функционирования наносит существенный вред окружающей природе (гидроэлектростанции, теплоэлектростанции).Widely known are various methods of generating electrical energy that convert one type of energy into electrical energy: electrochemical, thermoelectric, magnetoelectric, piezoelectric, photoelectric, using nuclear energy, and others (see. "Great Soviet Encyclopedia". - M .: Publishing House "Soviet Encyclopedia ", 1978, v. 10, p. 580-581). Common problems for them are the low efficiency of conversion of source energy into electrical energy, as well as environmental pollution during the utilization of used natural resources. At the same time, for example, to create and maintain an electromagnetic field in generators or DC motors, for the operation of thermoelectric generators used as current sources, the consumption of significant amounts of energy is required. Current sources that convert the energy of solar radiation, can effectively be used only in areas with a large number of sunny days per year. In addition, a number of sources of electricity during operation causes significant harm to the environment (hydroelectric power plants, thermal power plants).
В том числе, известен способ получения электроэнергии, в котором для получения в обмотке, пронизываемой изменяющимся магнитным потоком, электрического тока, создают в прокачиваемом горючим газом объеме волну горения путем его поджига разрядом. При этом создаваемый магнитный импульс создает в обмотке с ферромагнитным элементом импульс электрического тока (см. «Способ получения электроэнергии», патент РФ №2091975, МПК6 H02N 11/00, Н05Н 1/24, Н01М 14/00, 1993 г.). Здесь химическая энергия горючего газа преобразуется в энергию магнитного импульса и далее в энергию электрического тока.Including, there is a known method of generating electricity, in which, in order to obtain an electric current in a winding penetrated by a varying magnetic flux, an electric wave is generated in the volume pumped by the combustible gas by burning it with a discharge. In this case, the generated magnetic impulse creates an electric current impulse in the winding with the ferromagnetic element (see. "Electric power generation method", RF patent No. 2091975, IPC 6 H02N 11/00, Н05Н 1/24, Н01М 14/00, 1993). Here, the chemical energy of a combustible gas is converted into the energy of a magnetic pulse and then into the energy of an electric current.
Недостатком этого способа является конструкционная сложность, низкий КПД, загрязнение окружающей среды.The disadvantage of this method is the structural complexity, low efficiency, environmental pollution.
Известен способ получения электрического тока, сущность которого заключается в том, что в процессе получения электрического тока для создания в носителе потока движущихся свободных электрических зарядов на него воздействуют потоком частиц полем космической среды, сформированным в зоне размещения носителя, создавая различную концентрацию электрических зарядов на разных его концах, обеспечивая тем самым направленное движение свободных электрических зарядов при наличии внешней цепи (см. «Способ получения электрического тока», патент РФ №2471284, МПК6 H02N 11/00, G21M 7/00, 1998 г.). В данном изобретении генерируемый постоянный ток получают, преобразуя энергию потока частиц поля космической среды.A known method of producing an electric current, the essence of which is that in the process of obtaining an electric current to create a flow of moving free electric charges in a carrier, it is affected by a stream of particles by a field of a space medium formed in the carrier's location zone, creating a different concentration of electric charges on different the ends, thereby providing directional movement of free electric charges in the presence of an external circuit (see. "Method for producing electric current", patent F №2471284, 6 IPC H02N 11/00, G21M 7/00, 1998). In the present invention, a generated direct current is obtained by converting the energy of a stream of particles from a field of a space medium.
Изобретение требует мощный внешний источник космического излучения, имеет низкий КПД преобразования энергии потока космических частиц в электроток.The invention requires a powerful external source of cosmic radiation, has a low efficiency of converting the energy of the flow of cosmic particles into an electric current.
Известен способ получения электроэнергии с помощью электростатического индукционного генератора переменного тока (впервые описанного в опубликованной 6 мая 1891 г статье Н.Теслы «Устройства электростатической индукции переменного тока», см. Тесла Н. Лекции и статьи. - М.: «Tesla Print», 2003. с. 188-189), в котором электрический ток индуцируется в проводнике, пронизываемом изменяющимся потоком переменного электрического поля, образуемого движущимися над пластинами проводника-приемника заряженными поверхностями.A known method of generating electricity using an electrostatic induction alternator (first described in an article published on May 6, 1891 by N. Tesla's article “Electrostatic induction AC devices”, see Tesla N. Lectures and articles. - M.: “Tesla Print”, 2003. S. 188-189), in which an electric current is induced in a conductor penetrated by a varying flow of an alternating electric field formed by charged surfaces moving above the plates of the receiver-receiver.
Недостатком данного способа является сложность образования изменяющегося потока электрического поля движущимися заряженными поверхностями. Такая технология создания поля сопровождается большими потерями, связанными с выполнением механической работы по вращению плоскостей индуктора, испытывающему противодействие кулоновских сил, и необходимостью использования механизмов подвижного токосъема для подачи напряжения на индуктор, что значительно усложняет устройство генератора и снижает эффективность его работы. Поэтому коэффициент полезного действия этого способа невысок. Последующие, развивающие этот способ, аналогичные изобретения (см. «Емкостной электростатический генератор», патент РФ №2075154, МПК6 H02N 1/08, 1993 г.) не устраняют указанные недостатки.The disadvantage of this method is the complexity of the formation of a changing electric field flux by moving charged surfaces. This technology of creating a field is accompanied by large losses associated with performing mechanical work on the rotation of the planes of the inductor, which is experiencing the opposition of Coulomb forces, and the need to use moving current collection mechanisms to supply voltage to the inductor, which greatly complicates the generator design and reduces its efficiency. Therefore, the efficiency of this method is low. Subsequent, developing this method, similar inventions (see "Capacitive electrostatic generator", patent of the Russian Federation No. 2075154, IPC 6 H02N 1/08, 1993) do not eliminate these disadvantages.
Также известен способ получения электроэнергии, в котором электроэнергию получают электрическим соединением между собой через нагрузку обкладок электрического конденсатора, которые размещают перпендикулярно силовым линиям электростатического поля и периодически экранируют от его воздействия (см. «Способ получения электроэнергии», патент РФ №2471284, МПК6 H02N 1/08, H02N 11/00, 2010 г.). Здесь энергия электростатического поля преобразуется в энергию переменного тока.Also known is a method of producing electricity, in which electricity is obtained by electrically connecting each other through a load of plates of an electric capacitor, which are placed perpendicular to the power lines of the electrostatic field and are periodically shielded from its effects (see. "Method for producing electricity", RF patent No. 2471284, IPC 6 H02N 1/08, H02N 11/00, 2010). Here, the energy of the electrostatic field is converted into AC energy.
Недостатком является необходимость организации механического движения экрана внутри вакуумируемого рабочего пространства устройства.The disadvantage is the need to organize the mechanical movement of the screen inside the evacuated working space of the device.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому изобретению является способ получения электрического тока, в котором в вакуумной камере, содержащей катод, термически соединенный с источником тепла, располагают токосъемный электрод сетчатой конструкции, а анод помещают вне вакуумной камеры над токосъемным электродом, причем токосъемный электрод периодически соединяют при помощи переключателя с конденсатором, накапливающим электрическую энергию преобразователя, при этом в паузах между тактами токосъема конденсатор через тот же переключатель подключают к обмотке выходного трансформатора, преобразующего постоянное напряжение в переменное, причем в тех же паузах на анод подают положительные импульсы высокого напряжения от выпрямителя, соединенного с трансформатором так, что периодически отсасывают пространственный заряд от катода, увеличивая его эмиссионную активность, при этом полезную нагрузку подключают к одной из обмоток трансформатора (см. «Способ преобразования тепловой энергии в электрическую энергию», патент РФ №2087990, МПК6 H01J 45/00, 1994 г.). В этом изобретении получают импульсный переменный ток, используя внешнюю тепловую энергию для термоэмиссии электронов и энергию импульсов электростатического поля для перемещения образующегося электронного облака от катода в область токосъемного электрода.The closest in technical essence to the present invention is a method of producing an electric current in which a current-collecting electrode of a mesh structure is placed in a vacuum chamber containing a cathode thermally connected to a heat source, and the anode is placed outside the vacuum chamber above the current-collecting electrode, and the current-collecting electrode is periodically connected using a switch with a capacitor that accumulates the electric energy of the converter, while in the pauses between the current collection cycles the capacitor through the same the switch is connected to the winding of the output transformer that converts direct voltage to alternating voltage, and in the same pauses, positive high voltage pulses from the rectifier connected to the transformer are fed to the anode so that the space charge from the cathode is periodically sucked off, increasing its emission activity, while the payload connected to one of the transformer windings (see. "Method for converting thermal energy into electrical energy", RF patent No. 2087990, IPC 6 H01J 45/00, 1994). In this invention, a pulsed alternating current is obtained using external thermal energy for thermionic emission of electrons and the energy of pulses of an electrostatic field to move the resulting electron cloud from the cathode to the area of the collector electrode.
Недостатком данного, выбранного в качестве прототипа, способа является низкий КПД преобразования энергии, связанный с необходимостью использования стороннего источника тепла для разогрева катода, формирования импульсного режима генерации тока, потерями, вызванными использованием трансформаторных преобразований и дополнительного пускового электрода, что значительно усложняет устройство генератора и снижает эффективность его работы.The disadvantage of this method, chosen as a prototype, is the low energy conversion efficiency associated with the need to use an external heat source to heat the cathode, the formation of a pulsed current generation mode, losses caused by the use of transformer transformations and an additional starting electrode, which significantly complicates the generator device and reduces the effectiveness of his work.
Задачей изобретения является повышение коэффициента полезного действия и упрощение процесса преобразования энергии электрического поля в энергию электрического тока.The objective of the invention is to increase the efficiency and simplify the process of converting the energy of the electric field into the energy of an electric current.
Поставленная задача достигается путем создания между эмиттером и анодом электровакуумного прибора, содержащего эмиттер, коллектор и анод, электростатического поля, применяя которое совместно вызывают автоэлектронную эмиссию и перемещают образовавшийся поток электронов от эмиттера к коллектору, а возникающую при этом разность потенциалов между коллектором и эмиттером используют для получения постоянного тока в подключенной к ним цепи полезной нагрузки.The task is achieved by creating an electrostatic field between the emitter and the anode containing the emitter, collector and anode, using an electrostatic field, which together cause field emission and move the resulting electron flow from the emitter to the collector, and the resulting potential difference between the collector and emitter is used to receiving direct current in the payload circuit connected to them.
Сущность изобретения состоит в замене энергозатратной термоэлектронной эмиссии на автоэлектронную и организации процесса движения носителей заряда с эмиттера на коллектор энергией электростатического поля вместо энергии поля импульсного. При этом используется ряд известных физических эффектов.The essence of the invention consists in replacing energy-consuming thermionic emission by field emission and organizing the process of moving charge carriers from an emitter to a collector with electrostatic field energy instead of pulsed field energy. A number of well-known physical effects are used.
В том числе, общеизвестно и очевидно, что если на одном конце электрической цепи каким-либо способом (термическим, фотонным, полевым, туннельным и т.д.) организовать эмиссию электронов, то вся цепь приобретает положительный потенциал. Поэтому, экспортированные к другому концу цепи эмиссионные электроны в результате действия электростатических сил притяжения будут там захватываться. Таким образом, поддерживая эмиссию электронов с эмиттера и их перемещение к коллектору, получаем между эмиттером и коллектором разность потенциалов и протекание тока в связывающей их электрической цепи. Сила тока I при этом будет ограничена эмиссионной производительностью эмиттера и выбором способа эмиссии.Including, it is well known and obvious that if at one end of the electric circuit in any way (thermal, photon, field, tunneling, etc.) organize the emission of electrons, the whole circuit acquires a positive potential. Therefore, emission electrons exported to the other end of the chain will be captured there by electrostatic forces of attraction. Thus, supporting the emission of electrons from the emitter and their movement to the collector, we obtain a potential difference between the emitter and the collector and the current flowing in the electric circuit connecting them. The current strength I in this case will be limited by the emitter’s emission performance and the choice of the emission method.
где:Where:
JЭ - плотностью тока эмиссии, SЭ - рабочая площадь эмиттера.J e - emission current density, S e - the working area of the emitter.
Наиболее перспективно использование для этих целей автоэлектронного способа эмиссии, также именуемого полевым электронным или электростатическим. Преимуществами автоэлектронных эмиттеров являются безынерционность, отсутствие подогрева, высокая плотность тока и резко нелинейная вольт-амперная характеристика. Замечательным свойством автоэлектронного способа эмиссии является и то, что для возбуждения автоэмиссии используется лишь энергия электростатического поля и способ не требует иных затрат энергии. При этом, в стационарном режиме теоретически возможно достижение плотности тока до 2…3 1012 А/см2, практически - до 1011 А/см2 на наноразмерных остриях автокатодов (см. Г.Р. Фурсей Автоэлектронная эмиссия. - М.: Лань, 2012. с. 105, 125, 230).The most promising use for these purposes is the field emission method, also called field electron or electrostatic. The advantages of field-emission emitters are inertialessness, lack of heating, high current density and sharply non-linear current-voltage characteristic. A remarkable property of the field emission method is that only the energy of the electrostatic field is used to excite field emission and the method does not require other energy costs. Moreover, in stationary mode, it is theoretically possible to achieve a current density of up to 2 ... 3 10 12 A / cm 2 , practically - up to 10 11 A / cm 2 on the nanoscale tips of the autocathodes (see G. Fursey Auto-electron emission. - M.: Doe, 2012.S. 105, 125, 230).
Автоэлектронная эмиссия из металлов в вакуум изучена наиболее полно. В этом случае плотность тока j следует закону Фаулера-Нордхейма:Field emission from metals to vacuum has been studied most fully. In this case, the current density j follows the Fowler-Nordheim law:
где j - плотность тока эмиссии, Е - напряженность электрического поля, ϕ - работа выхода, функции а и b зависят от геометрии и работы выхода.where j is the emission current density, E is the electric field strength, ϕ is the work function, the functions a and b depend on the geometry and work function.
Автоэмиссия с учетом пространственного заряда для плоскопараллельного вакуумного диода приводит к известной формуле Богуславского-Ленгмюра:Field emission taking into account the space charge for a plane-parallel vacuum diode leads to the well-known Boguslavsky-Langmuir formula:
где d - расстояние между электродами, k=2π(2me/e) (см. Г.Р.Фурсей Автоэлектронная эмиссия. - М.: Лань, 2012. с. 52).where d is the distance between the electrodes, k = 2π (2m e / e) (see G.R. Fursey Autoelectronic emission. - M.: Lan, 2012. p. 52).
Аналогично, закон справедлив для вакуумных термодиодов с любой конфигурацией катода и анода и для любых температур катода, при которых возможна термоэлектронная эмиссия. В общем случае, Similarly, the law is valid for vacuum thermal diodes with any configuration of the cathode and anode and for any cathode temperatures at which thermionic emission is possible. In general,
где g - постоянная (так называемый первеанс) данного диода, зависящая от конфигурации и геометрических размеров его электродов (см. Гуртовник А.Г. и др. Электровакуумные приборы и основы их конструирования. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 77).where g is the constant (the so-called perveance) of this diode, depending on the configuration and geometric dimensions of its electrodes (see Gurtovnik A.G. et al. Electrovacuum devices and the basics of their design. - M .: Energoatomizdat, 1988, p. 77) .
При этом, КПД преобразования энергии термоэмиссионным способом, как правило, не превышает 15%. Ограничение технически связано с потерями в организации термической эмиссии и образованием области пространственного электронного заряда между эмиттером и коллектором, препятствующей эмиссии электронов с поверхности эмиттера.At the same time, the efficiency of energy conversion by the thermionic emission method, as a rule, does not exceed 15%. The limitation is technically related to losses in the organization of thermal emission and the formation of a spatial electron charge region between the emitter and the collector, which prevents the emission of electrons from the surface of the emitter.
В общем классическом понимании, работа генератора электроэнергии заключается в разделении зарядов, происходящем на участке преобразования энергии под действием некоторой сторонней электродвижущей силы. Накапливаемые при этом на эмиттере и коллекторе генератора заряды противоположного знака создают выходное электрическое напряжение, подаваемое потребителям электроэнергии (см. Ландсберг Г.С. (ред.) Элементарный учебник физики. Т2. 13-е изд. -М.: Физматлит, 2008, с. 94-106).In the general classical understanding, the operation of an electric power generator consists in the separation of charges occurring in the energy conversion section under the influence of some external electromotive force. The charges of the opposite sign accumulated on the emitter and collector of the generator create an output voltage supplied to consumers of electricity (see Landsberg G.S. (ed.) Elementary Physics Textbook. T2. 13th ed. -M.: Fizmatlit, 2008, p. 94-106).
В настоящем техническом предложении, также как во всяком генераторе, преобразуется энергия. А именно, энергия электростатического поля - в энергию электрического тока. Энергия электростатического поля в понимании современной квантовой физики представляет собой электродинамическую энергию потока квантов электрического поля, существующего между заряженными частицами.In this technical proposal, as well as in any generator, energy is converted. Namely, the energy of an electrostatic field - into the energy of an electric current. The energy of an electrostatic field in the understanding of modern quantum physics is the electrodynamic energy of a flux of quanta of an electric field existing between charged particles.
Природа электродинамики более понятна с учетом физики квантового электростатического взаимодействия заряженных частиц (кулоновских, пондемоторных сил), осуществляемого посредством испускания и поглощения фотонов электромагнитного поля, имеющих энергию и импульс: «В классической электродинамике взаимодействие между заряженными частицами осуществляется через поле: заряд создает поле, которое действует на другие заряды. В квантовой теории взаимодействие электромагнитного поля и заряженной частицы выглядит как испускание и поглощение частицей фотонов, а взаимодействие между заряженными частицами является результатом их обмена фотонами: каждый из электронов испускает фотоны (кванты переносящего взаимодействие электромагнитного поля), которые затем поглощаются другими электронами» (Статья «Квантовая теория поля» //Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия. Главный редактор A.M. Прохоров. 1983.; И.В. Савельев. Курс общей физики. Т.3. - М.: Лань. 2008. с. 239-240). Например, с начала прошлого века известно и практически измерено давление света, являющегося разновидностью электромагнитного излучения, образующегося вследствие наличия у его фотонов (квантов) импульса.The nature of electrodynamics is more understandable given the physics of quantum electrostatic interaction of charged particles (Coulomb, pondemotor forces), carried out by the emission and absorption of electromagnetic field photons having energy and momentum: “In classical electrodynamics, the interaction between charged particles is carried out through the field: the charge creates a field that acts on other charges. In quantum theory, the interaction of an electromagnetic field and a charged particle looks like the emission and absorption of photons by a particle, and the interaction between charged particles is the result of their exchange of photons: each of the electrons emits photons (quanta that transfer the interaction of the electromagnetic field), which are then absorbed by other electrons ”(Article“ Quantum Field Theory "// Physical Encyclopedia. In 5 volumes. - M .: Soviet Encyclopedia. Editor-in-chief of AM Prokhorov. 1983; IV Saveliev. Course in General Physics. T.3. - M .: Doe. 2008.p. 239-240). For example, since the beginning of the last century, the pressure of light, which is a type of electromagnetic radiation generated due to the presence of a pulse in its photons (quanta), has been known and practically measured.
В качестве примера технических аналогов, преобразующих энергию электростатического поля в энергию электрического тока, а также в энергию механической работы, с использованием особым образом ориентированных электростатических сил и полей, можно привести устройства по патентам РФ: №2185526, №2225066, №2458451, №2471283, №2471284, №2629846.As an example of technical analogues that convert the energy of an electrostatic field into energy of electric current, as well as into the energy of mechanical work, using specially oriented electrostatic forces and fields, we can cite devices according to patents of the Russian Federation: No. 2185526, No. 2225066, No. 2458451, No. 2471283 No. 2471284, No. 2629846.
Пути реализации заявленного способа получения электрического тока рассмотрим на примере возможных вариантов конструкции генератора электроэнергии, представленных на рисунках фиг. 1 и фиг. 2.Ways to implement the inventive method for producing electric current, we consider the example of possible design options for the electric power generator shown in the figures of FIG. 1 and FIG. 2.
Генератор содержит размещенные в вакуумной камере 1 эмиттер 2, коллектор 3, анод 4, цепь нагрузки Rн 5, подключенную к эмиттеру 2 и коллектору 3, а также экранирующую (защитную) сетку 6 и магнитное поле 7, образованное внешним источником магнитного поля в виде постоянного или электрического - магнита. При этом цепь нагрузки может стандартно экранироваться от действия анодного поля (на рисунках не показано).The generator contains
Работа генератора электрического тока заключается в следующем.The operation of the electric current generator is as follows.
Электростатическое поле напряженностью Е создают подачей анодного напряжения Ua на анод 4 относительно эмиттера 2 устройства. Под его действием вызывается автоэлектронная эмиссия с поверхности эмиттера 2, а образовавшийся поток электронов направляется к коллектору 3 генератора. Причем, в примере, представленном на фиг. 2, в направлении потока электронов к коллектору 3, вынесенному за пределы зоны максимального действия анодного поля, участвует магнитное поле 7 с индукцией В, направленное перпендикулярно силовым линиям анодного поля, а потому создающее силы Лоренца Fл=V×В, соответствующе изменяющие траекторию потока эмитированных электронов, движущихся со скоростью V. Экранирующая (защитная) сетка 6 дополнительно препятствует перемещению эмиссионных электронов от коллектора к аноду.An electrostatic field of intensity E is created by applying an anode voltage U a to
Накопившиеся на коллекторе эмиссионные электроны понижают потенциал коллектора 3 относительно эмиттера 2 генератора до разности Uэк, в результате чего, в подключенной к ним цепи нагрузки Rн 5 протекает постоянный электрический ток Iк=Uэк/Rн. При этом, величины Uэк и Iк определяются эмиссионной производительностью (плотностью тока jэ) эмиттера и значением нагрузки Rн.Emission electrons accumulated on the collector lower the potential of the
С учетом того, что работа рассматриваемого генератора возможна при использовании эмиссии электронов с поверхности эмиттера любой природы, причем результата! эмигрирования описываются одними и теми же выражениями и практически идентичны для термо- и автоэлектронной эмиссии, для проверки работоспособности предлагаемого способа была собрана схема на ламповом пентоде 6Ж7, изображенная на фиг. 3. Эмиссия с оксидного катода пентода возбуждалась стандартной цепью косвенного накала с напряжением 6,3В. Положительное напряжение на экранирующую сетку Сэ, в отличие от штатной схемы использования пентода, не подавалось. В результате, лампа приобрела свойства триода с так называемой «правой характеристикой», при которой без положительного сигнала на управляющей сетке С лампа закрыта и анодный ток отсутствует (см. И.П. Жеребцов. Основы электроники. - Л-д.: Энергоатомиздат, 1985. с. 198). Соединив играющую роль коллектора сетку С через вольтметр (с входным импедансом 10 Мом) с эмиттером в виде катода К, получаем конструкцию предлагаемого генератора, непринципиально отличающегося лишь способом эмиссии действующего в нем электронного потока.Given the fact that the operation of the generator in question is possible when using electron emission from the surface of an emitter of any nature, and the result! emigration are described by the same expressions and are almost identical for thermo- and field emission, to check the operability of the proposed method, a circuit on a 6Zh7 lamp pentode was assembled, shown in FIG. 3. Emission from the oxide cathode of the pentode was excited by a standard indirect glow circuit with a voltage of 6.3V. The positive voltage on the screening grid C e , in contrast to the standard scheme for using the pentode, was not applied. As a result, the lamp acquired the properties of a triode with the so-called “right characteristic”, in which the lamp is closed without a positive signal on the control grid C and the anode current is absent (see IP Zherebtsov. Fundamentals of Electronics. - L-d.: Energoatomizdat, 1985.S. 198). Having connected the network of the collector playing the role of a collector through a voltmeter (with an input impedance of 10 MΩ) with an emitter in the form of a cathode K, we obtain the design of the proposed generator, which is fundamentally different only in the way it emits the electron beam acting in it.
В эксперименте, изменяя анодное напряжение Ua от 0 В до значения в 250 В, номинального для данного пентода, измеряли напряжение Uкс между катодом и сеткой, получив при этом совокупность значений выходной характеристики генератора: Uкс(Ua), изображенной на рисунке фиг. 4. Начальное значение характеристики Uкс=0,4 В при Ua=0 соответствует уровню термоэлектронной эмиссии, примененной в данном варианте. В теории конструирования радиоламп это явление носит название «прямой ток сетки» (см. Гуртовник А.Г. и др. Электровакуумные приборы и основы их конструирования. - М.: Энергоатомиздат, 1988. с. 127-128). На интервале Ua=(0В…75 В) наблюдаем монотонный рост значений Uкс=(0,4 В…0,59В), характерный для автоэлектронной эмиссии, описываемой выражением (3). В дальнейшем, при Ua=(75В…250 В) наступает насыщение Uкс=0,62 В, определяемое эмиссионной производительностью термокатода данной лампы. Анодный ток при этом отсутствовал: Iа=0,0 мкА.In the experiment, changing the anode voltage U a from 0 V to a value of 250 V, nominal for a given pentode, we measured the voltage U cc between the cathode and the grid, thus obtaining a set of values of the output characteristic of the generator: U cc (U a ), shown in the figure FIG. 4. The initial value of the characteristic U cc = 0.4 V at U a = 0 corresponds to the level of thermionic emission used in this embodiment. In the theory of designing radio tubes, this phenomenon is called “direct grid current” (see Gurtovnik A.G. et al. Electrovacuum devices and the basics of their design. - M .: Energoatomizdat, 1988. S. 127-128). In the interval U a = (0V ... 75 V), we observe a monotonic increase in the values of U cs = (0.4 V ... 0.59V), which is typical for field emission described by expression (3). Subsequently, at U a = (75V ... 250 V), saturation U cc = 0.62 V occurs, which is determined by the emission performance of the thermal cathode of this lamp. The anode current was absent: I a = 0.0 μA.
Таким образом, полученные экспериментальные результаты соответствуют теоретическим положениям и подтверждают работоспособность предлагаемого технического решения.Thus, the obtained experimental results correspond to theoretical principles and confirm the operability of the proposed technical solution.
Использование предлагаемого способа получения электрического тока дает, по сравнению с существующими способами, следующий технический результат:Using the proposed method for producing electric current gives, in comparison with existing methods, the following technical result:
позволяет упростить конструкцию генераторов, производящих электроэнергию;allows you to simplify the design of generators that produce electricity;
экономичнее по сравнению с существующими способами, обладает более высоким коэффициентом полезного действия;more economical in comparison with existing methods, has a higher efficiency;
является экологически чистым способом производства электроэнергии.is an environmentally friendly way of generating electricity.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способ получения электрического тока отличается иной, более простой и более экономичной технологией образования электрического тока, осуществляемого путем замены энергозатратной термоэлектронной эмиссии на электрополевую и организации процесса движения носителей заряда с эмиттера на коллектор энергией электростатического поля вместо энергии поля импульсного, без более сложных и энергоемких операций нагрева термокатода и трансформаторных преобразований тока.Comparative analysis with the prototype shows that the proposed method for producing electric current is characterized by a different, simpler and more economical technology for generating electric current, carried out by replacing energy-consuming thermionic emission by electric field and organizing the process of movement of charge carriers from the emitter to the collector by electrostatic field energy instead of pulsed field energy without more complex and energy-intensive operations of heating the thermal cathode and transformer current conversions.
Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию "новизна" и "изобретательский уровень".Thus, the present invention meets the criteria of "novelty" and "inventive step".
Перспективы промышленного применения изобретения не вызывают трудностей, поскольку предлагаемый способ состоит из совместного действия известных и широко применяемых в электротехнике и радиоэлектронике технологий автоэлектронной эмиссии и управления эмиссионным электронным потоком, а также не требует использования каких-либо неизвестных современной промышленности средств, материалов или элементов.The prospects for industrial application of the invention do not cause difficulties, since the proposed method consists of the combined action of well-known and widely used in electrical and radio electronics technologies of electron emission and control of electron emission flux, and also does not require the use of any means, materials or elements unknown to modern industry.
В частности, целесообразно использовать технологии изготовления радиоламп типа тетродов и ламп бегущей волны. Автоэлектронные эмиттеры находят в современной технике широкое применение как яркий точечный источник электронов в электронных микроскопах (просвечивающих и растровых), в рентгеновских микроанализаторах, а также как интенсивный источник электронов в ускорителях, приборах СВЧ и др. (см. Шредник В. Н. Автоэлектронная эмиссия// Физическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1988.- Т. 1.- С. 21). Известны многочисленные разработки автоэмиттеров, например, по патентам РФ: №2651584; №2097869; №2074444. Особенно перспективны автоэмиттеры на базе наноуглеродных материалов, имеющие наименьшее удельное значение напряжений возбуждения автоэмиссии (см. Д.А. Усанов, Р.К. Яфаров. Исследование автоэлектронной эмиссии из наноуглеродных материалов. - Издательство Саратовского университета, 2007.).In particular, it is advisable to use the technology of manufacturing radio tubes such as tetrodes and traveling wave tubes. Autoelectronic emitters are widely used in modern technology as a bright point source of electrons in electron microscopes (transmission and scanning), in X-ray microanalyzers, and also as an intense source of electrons in accelerators, microwave devices, etc. (see Shrednik V.N. Autoelectronic emission // Physical Encyclopedia. - M.: Soviet Encyclopedia, 1988.- T. 1.- P. 21). There are numerous developments of auto emitters, for example, according to patents of the Russian Federation: No. 2651584; No. 2097869; No. 2074444. Particularly promising are emitters based on nanocarbon materials, which have the lowest specific value of field emission excitation voltages (see DA Usanov, RK Yafarov. Study of field emission from nanocarbon materials. - Publishing House of Saratov University, 2007.).
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019114093A RU2716266C1 (en) | 2019-05-08 | 2019-05-08 | Method of producing electric current |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019114093A RU2716266C1 (en) | 2019-05-08 | 2019-05-08 | Method of producing electric current |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2716266C1 true RU2716266C1 (en) | 2020-03-11 |
Family
ID=69898190
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019114093A RU2716266C1 (en) | 2019-05-08 | 2019-05-08 | Method of producing electric current |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2716266C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5038070A (en) * | 1989-12-26 | 1991-08-06 | Hughes Aircraft Company | Field emitter structure and fabrication process |
RU2017255C1 (en) * | 1990-12-26 | 1994-07-30 | Алексей Владимирович Аленичев | Method of initiation of emission of charged particles and control over it |
RU2087990C1 (en) * | 1994-07-08 | 1997-08-20 | Петр Николаевич Ермолаев | Process of conversion of heat energy to electric energy |
RU2097869C1 (en) * | 1993-01-19 | 1997-11-27 | Леонид Данилович Карпов | Vacuum microtriode |
RU2471284C2 (en) * | 2010-11-13 | 2012-12-27 | Владимир Андреевич Степанец | Method to produce power |
-
2019
- 2019-05-08 RU RU2019114093A patent/RU2716266C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5038070A (en) * | 1989-12-26 | 1991-08-06 | Hughes Aircraft Company | Field emitter structure and fabrication process |
RU2017255C1 (en) * | 1990-12-26 | 1994-07-30 | Алексей Владимирович Аленичев | Method of initiation of emission of charged particles and control over it |
RU2097869C1 (en) * | 1993-01-19 | 1997-11-27 | Леонид Данилович Карпов | Vacuum microtriode |
RU2087990C1 (en) * | 1994-07-08 | 1997-08-20 | Петр Николаевич Ермолаев | Process of conversion of heat energy to electric energy |
RU2471284C2 (en) * | 2010-11-13 | 2012-12-27 | Владимир Андреевич Степанец | Method to produce power |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГУРТОВНИК А.Г. Электровакуумные приборы и основы их конструирования. Москва, Энергоатомиздат, 1988, с. 127-128. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7800286B2 (en) | Alpha fusion electrical energy valve | |
CN104871287A (en) | Device and method for thermoelectronic energy conversion | |
CN106879261B (en) | Electricity and chemicals are generated simultaneously using renewable non-renewable energy | |
RU2716266C1 (en) | Method of producing electric current | |
RU2343584C1 (en) | Self-sharpening point field-emission cathode for operation in technical vacuum | |
Bickerton et al. | Improving the efficiency of a thermionic energy converter using dual electric fields and electron beaming | |
Popa-Simil et al. | Nano hetero nuclear fuel structure | |
RU2553574C2 (en) | Microwave generation process based on electron bunch | |
Garwin et al. | An experimental program to build a multimegawatt lasertron for super linear colliders | |
CN112952532B (en) | Terahertz radiation generation method based on interaction of multi-electron beam and plasma | |
Halavanau et al. | Undulator radiation generated by a single electron | |
Nagao et al. | High‐power microwave generation by double‐anode virtual cathode oscillator | |
CN102969211A (en) | Power generation circuit and power generation plant with same | |
Takeno et al. | Recent results in research on direct energy conversion for a fusion system | |
US3299299A (en) | Apparatus for generating electrical energy by the application of heat | |
RU99900U1 (en) | SMALL OVERLOW VOLTAGE GENERATOR OF CHAOTIC OSCILLATIONS ON TURBULENT BEAMS | |
RU148285U1 (en) | HIGH-FREQUENCY RADIATION AMPLIFIER WITH COLD CATHODE ON NANOTUBES | |
Kato et al. | Electron gun using coniferous carbon nano-structure | |
CN101997445A (en) | Efficient heat energy generator | |
Zhang et al. | The Smith-Purcell Radiation in the Grating-well Structure | |
RU2477543C1 (en) | Multielement thermionic emission electrogenerating channel | |
True et al. | Superpower E-Beam Sources and Performance Estimates for Compact THz FELs | |
US2727987A (en) | Discharge tube voltage transformers | |
Mane et al. | Atomic batteries: a compact and long life power source | |
Zhao et al. | Design and Simulation of Electron Optics System for 0.34 THz Traveling Wave Tube |