Изобретения → Эмиссионный генератор с повышенным КПД.

Предлагается эмиссионный генератор с повышенным КПД. Обычный термоэмиссионный генератор (ТЭмГ) представляет собой два электрода - катод и анод - разделенные небольшим (доли миллиметра) вакуумным промежутком (Рис. 1). При разогреве катода 1 от какого-либо источника тепла Q, из него (катода) в вакуумный промежуток начинают эмитировать электроны 2. Часть электронов достигает анода 3, и если замкнуть цепь анод – катод через нагрузку 4, в последней появится ток. Прибор очень простой, безотказный, с большим ресурсом. Единственный недостаток – низкий КПД (5-15%), обусловленный отчасти тем, что электрическое поле электронного газа вблизи катода препятствует эмиссии электронов из положительно заряженного катода, отчасти тем, что электроны, испускаемые катодом, уносят от него тепловую энергию (электронное охлаждение). КПД ТЭмГ, как и любой тепловой машины, зависит от разности температур нагревателя и холодильника. То есть, нагрев анода, являющегося в этом устройстве холодильником, снижает КПД. Кроме того, только часть электронов вылетает с катода в направлении анода и не все электроны достигают анода. Для устранения вышеперечисленных недостатков, предлагается безанодный эмиссионный генератор (ЭмГ) (Рис.2). Нагреваемый в вакууме проводник приобретает положительный заряд, так как часть электронов, обладающих высокой энергией, покидает проводник, образуя вокруг него облако электронного газа. Этот газ находится в состоянии динамического равновесия, как пар над кипящей жидкостью: сколько электронов покидает катод в единицу времени, столько и возвращается. Причем, работа выхода электронов, а значит, и эмиссия, зависит от внешнего электрического поля (Шоттки эффект). Управляя эмиссией электрическим полем управляющего электрода 6 (Рис.2), путем подачи на него переменного или пульсирующего напряжения от источника 5, можно периодически смещать динамическое равновесие электронного газа в любую сторону - от прекращения эмиссии до максимального значения, что равнозначно изменению потенциала катода. Продолжая аналогию с кипящей жидкостью – это все равно как менять давление над ней, вызывая то увеличение конденсации пара, то увеличение испарения. Нагрузка 4 может подключаться между катодом ЭмГ и любым проводящим телом 7. Работа предлагаемого ЭмГ основана на законе сохранения заряда: «в изолированной замкнутой системе сумма зарядов тел постоянна». В качестве одного из тел выступает катод ЭмГ, в качестве второго – любое проводящее тело. Третье тело – электроны, периодически вылетающие из катода и возвращающиеся обратно, в зависимости от управляющего напряжения. В этой системе сумма зарядов постоянна. Допустим, в начальный момент времени, за счет высокого отрицательного (запирающего) напряжения на управляющем электроде 6 (Рис.2), все электроны находятся на катоде. Заряд нагретого катода равен нулю. Заряд второго тела также равен нулю. Если уменьшить напряжение между управляющим электродом и катодом, или подать положительное напряжение на управляющий электрод, то, за счет увеличения эмиссии электронов, катод приобретет положительный, по отношению ко второму телу, заряд Соединим катод со вторым телом 7 через нагрузку 4. Через нагрузку потечет ток, выравнивающий заряды тел. Теперь увеличим отрицательное напряжение на управляющем электроде. Эмиссия уменьшится, часть электронов вернется на катод, заряд катода станет отрицательным по отношению ко второму телу. Ток через нагрузку потечет в обратном направлении. Такие циклы могут происходить с очень высокой частотой (десятки мегагерц), обеспечивая работу устройства. Аналогично может работать фотоэмиссионный генератор (Рис. 3). Принцип работы такой же, как описано выше. Отличие лишь в том, что эмиссия электронов катода вызывается фотоэффектом при освещении катода светом какого-либо диапазона. Преимущества. - тепловые электроны полностью возвращаются на катод, поддерживая его температуру, что повышает экономичность генератора - не расходуется тепловая энергия на разогрев близко расположенного анода - не имеет значения направление вылета электронов с катода, достаточным условием является факт вылета электронов - выработка энергии зависит как от температуры катода, так и от частоты управляющего напряжения, то есть, можно несколько снизить температуру катода для уменьшения его испарения - уменьшается сложность изготовления генератора, следовательно, снижается его себестоимость - при достижении КПД 25 процентов, термоэмиссионный вариант генератора способен конкурировать с двигателями внутреннего сгорания, при несравненно более низкой цене - для работы в безвоздушном пространстве генератор может быть выполнен без герметичного корпуса - фотоэмиссионный вариант может заменить дорогие кремниевые солнечные батареи, например, на искусственных спутниках Земли
Рисунки здесь: http://www.inno.ru/project/35797/