ПЛАЗМЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 1998 года по МПК H02K44/00 

Изобретение относится к генераторам электрического тока, более конкретно к устройствам прямого преобразования тепловой энергии в электрическую.

Известное устройство для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую содержит нагреватель газа, соединенный с оболочкой сопла переменного сечения, выполненной из диэлектрического материала, на наружной поверхности которой размещена металлическая с высокой магнитной проницаемостью обкладка, снабженная клеммами для подключения потребителя электроэнергии. Клеммы расположены по одной на торцах обкладки. Внутри оболочки сопла имеются электроды, во входе в сопло выполненный в виде термокатода, в выходе из сопла - анода, которые соединены между собой с внешней стороны оболочки сопла через прерыватель и источник тока высокого напряжения (см. патент РФ N 1455930 по кл. H 01 J 45/00, от 01.03.93).

В этом устройстве для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую магнитное и электрическое поля возбуждаются совместно в металлической обкладке, что не позволяет эффективно производить прямое преобразование тепловой энергии в электрическую.

Известный электротермодинамический генератор электрического тока содержит устройство для выработки тепловой энергии, соединенное с оболочкой сопла переменного сечения, вдоль внешней поверхности которой размещена обкладка, выполненная в виде магнитопровода, снабженная обмоткой индукционного тока с контактными выводами для подключения потребителя электроэнергии. Внутри оболочки сопла расположены термокатод во входе в сопло, в выходе из сопла - анод, соединенные между собой с внешней стороны через прерыватель и источник тока высокого напряжения (см. патент Р.Ф. по заявке N 93050151/07 (050189) от 03.11.93г.

В этом электротермодинамическом генераторе электрического тока истекаемый через сопло поток нагретого, наэлектризованного термоионами газа создает сильное пространственное электрическое поле внутри сопла, что не позволяет эффективно использовать кинетическую энергию истекаемого газа, переносящего ограниченный по величине этим электрическим полем заряд.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности использования кинетической энергии, вытекающей из сопла струи ионизованного посредством введения в нагреватель легкоионизирующихся присадок, содержащих щелочные металлы, и дополнительно ионизатором газа путем нейтрализации пространственного электрического поля. Для этого в плазменном электротермодинамическом генераторе взаимное расположение электродов выполнено в обратном порядке во входе и в выходе рабочего канала, введенного в него, на внешней поверхности оболочки которого размещен блок преобразования, состоящий из обкладки, выполненной в виде магнитопровода, снабженный в зазоре, образующемся между частью обкладки и оболочкой рабочего канала, обмоткой индукционного тока с контактными выводами для подключения потребителя электроэнергии. Оболочка рабочего канала примыкает одним торцом к оболочке расширяющейся части сопла переменного сечения, другим торцом - к холодильной камере, соединенной с вакуумным насосом. Таким образом, во ходе в рабочий канал на стыке оболочки рабочего канала с оболочкой сопла расположен входной электрод в качестве анода, а в выходе из рабочего канала, из которого истекает газ, совершивший в рабочем канале полезную работу, расположен выходной электрод, выполненный в виде эмиттера и содержащий ионизатор, обращаемый внутрь рабочего канала. Ионизатор выполнен, например, в виде стержня из радиоактивного вещества. Анод и эмиттер соединены между собой с внешней стороны оболочки рабочего канала через прерыватель и источник тока, и выполненные, например, в форме концентрических колец, создают в рабочем канале импульсное электрическое поле, вектор напряженности которого совпадает с направлением движения ионизованного газа в рабочем канале. Эмиттер испускает поток вторичных электронов при бомбардировке его тяжелыми положительными ионами. К оболочке рабочего канала со вторым выхода газа примыкает холодильная камера, соединенная последовательно с вакуумным насосом.

В результате изменения взаимного расположения электродов в рабочем канале, содержащемся в генераторе, разноименные заряды ионизованного газа в рабочем канале движутся в противоположных направлениях, тяжелые положительные ионы переносятся потоком газа к эмиттеру, более легкие электроны движутся под действием сил электрического поля, создаваемого электродами, в противоположном направлении к аноду, сохраняя квазинейтральность ионизованного газа, плазмы. Электроны, уходящие из плазмы на анод, восполняются вторичными электронами, испускаемыми эмиттером. Ионизатор, содержащийся на эмиттере, дополнительно ионизует газ в рабочем канале.

На фиг. 1 изображен общий вид плазменного электротермодинамического генератора в разрезе; на фиг.2 - сечение рабочего канала с блоком преобразования, изображенных на разрезе общего вида, дополненное (штриховые линии) изображением передней половины перед секущей плоскостью разреза.

Плазменный электротермодинамический генератор содержит нагреватель 1, на котором имеется топливопровод 2. С одной стороны к нагревателю 1 примыкает компрессор воздуха 3, с другой - оболочка 4 сопла переменного сечения. Последовательно за оболочкой 4 сопла переменного сечения расположена оболочка 5 рабочего канала, на внешней стороне которой размещена обкладка 6. В зазоре, образованном вверху (на чертеже) между оболочкой 5 и обкладкой 6, на теле обкладки 6 имеется обмотка 7 индукционного тока с двумя (на чертеже) контактными выводами 8. Внутри оболочки 5 рабочего канала во входе в рабочий канал расположен анод 9, в выходе - эмиттер 10, который содержит ионизатор 11. Анод 9 и эмиттер 10 соединены шиной 12 через прерыватель и источник 13 тока.

К оболочке 5 рабочего канала последовательно примыкают холодильная камера 14 и вакуумный насос 15.

В плазменном электротермодинамическом генераторе нагретый, ионизованный путем введения в нагреватель 1 через топливопровод 2 легкоионизующихся присадок, содержащих щелочные металлы, сжатый компрессором 3 газ движется из нагревателя 1 по соплу 4, где происходит увеличение скорости его движения. Затем истекаемый газ поступает в рабочий канал 5, где совершает полезную работу, перенося положительные электрические заряды в рабочем канале 5, которые вместе с электронами, движущимися прерывисто противоположно движению положительных зарядов под действием сил электрического поля, создаваемого анодом 9 и эмиттером 10, создают прерывистый изменяющийся по силе электрический ток в замкнутом электропроводящем контуре, представляющем собой одновитковую обмотку, образуемом: анод 9 - полость рабочего канала 5, заполненная ионизованным газом, движущимся от анода к эмиттеру 10, эмиттер 10 - электропроводящая шина 12, в которую включены прерыватель и источник 13 тока - анод 9.

Ток контура возбуждает в обкладке 6 изменяющееся по модулю магнитное поле, вызывающее ЭДС индукции в обмотке 7 индукционного тока. Индукционный ток, создаваемый ЭДС индукции, через контактные выводы 8 поступает к потребителю электроэнергии.

Ионизатор 11, содержащийся на эмиттере 10, создает дополнительную ионизацию газа в рабочем канале 5. Эмиттер 10 испускает вторичные электроны, которые восполняют в плазме в рабочем канале 5 отрицательные заряды, электроны, уходящие под действием импульсного электрического поля на анод. Вторичная электронная эмиссия возникает при бомбардировке эмиттера положительными ионами ионизованного газа.

Истекаемый из рабочего канала 5 в холодильную камеру 14 нейтральный, рекомбинированный газ отбирается вакуумным насосом 15, что понижает давление газа на выходе из рабочего канала и увеличивает степень его ионизации в рабочем канале.

Работа, совершаемая током источника тока высокого напряжения, налаживается на работу, совершаемую газом по переносу положительного заряда в рабочем канале, и суммируется с ней, выражаясь в общей мощности индукционного тока, поступающего к потребителю электроэнергии.

Генератор предназначен для преобразования тепловой энергии в электрическую. Генератор содержит блок получения плазмы, включающий нагреватель 1 и блок преобразования тепловой энергии в электрическую. Блок преобразования включает газовый канал 5, соединенный с соплом 4 блока получения плазмы. Электроды 9, 10 расположены на входе и выходе канала 5 и соединены с внешней стороны канала через прерыватель и источник тока. При импульсном пропускании тока через электроды 9, 10 индуцируется прерывистое магнитное поле в магнитопроводе 6, охватывающем канал снаружи. На магнитопроводе выполнена индукционная обмотка 7, подключенная к цепи потребителя. Один из электродов - анод 9 расположен на входе в газовый канал, второй электрод 10 - на выходе канала и является эмиттером. Эмиттер 10 соединен с ионизатором 11, направленным внутрь канала. Генератор позволяет получать импульсное напряжение на выводах обмотки при пропускании через канал с плазмой прерывистого тока. 2 ил.

Плазменный электротермодинамический генератор, содержащий компрессор, нагреватель газа, образующий плазму и соединенный с оболочкой сопла переменного сечения, с топливопроводом, предназначенным также для ввода легкоионизируемых присадок, блок преобразования тепловой энергии в электрическую, включающий газовый канал, соединенный с соплом переменного сечения, электроды на входе и выходе газового канала, соединенные с внешней стороны газового канала через прерыватель и источник тока, и расположенную снаружи газового канала обкладку, выполненную в виде магнитопровода с обмоткой индукционного тока, содержащей контактные выводы для подключения потребителя электроэнергии, холодильную камеру, примыкающую к газовому каналу, соединенную с вакуумным насосом, отличающийся тем, что на входе в газовый канал расположен анод, а на выходе из газового канала расположен электрод, выполненный в виде эмиттера и содержащий ионизатор, обращенный внутрь газового канала.