УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР И ДВИГАТЕЛЬ НА ГИБРИДНОМ ТОПЛИВЕ Российский патент 2000 года по МПК H02K44/08 H02K44/28 

Настоящее изобретение относится к усовершенствованию магнитогидродинамического (МГД) электрического генератора и к его применению в двигателе на гибридном топливе для преобразования тепловой энергии топлива и/или тепловой энергии, сохраняемой в воздухе, в электрическую энергию с высоким термодинамическим коэффициентом полезного действия и высоким показателем преобразования энергии. Более конкретно, изобретение связано с усовершенствованием МГД-генератора и двигателя на гибридном топливе, раскрытых автором настоящего изобретения в патенте США N 4.500.803 от 19 февраля 1985 года.

Вышеупомянутый патент США N 4.500.803 раскрывает МГД-генератор, в котором газовый поток, движущийся в замкнутом цикле, фотоионизируется лазером и пропускается через магнитное поле для индуцирования электрического тока между парой электродов, которые расположены перпендикулярно к потоку газа и к магнитному полю соответственно. Лазер, используемый для фотоионизации газа в МГД-генераторе, является газовым лазером, который объединяет в себе расширяющееся сопло для подготовки газа для лазера за счет расширения, и генератор ВЧ-диапазона для подготовки газа к лазерному излучению посредством электрического поля. Газовый лазер также имеет оптическую систему для приема лазерного излучения и его фокусировки на газовом потоке, проходящем выше электродов и магнитного поля. Эта оптическая система имеет первую пару зеркал, расположенных выше и ниже газового потока соответственно, для фокусировки лазерного излучения в осевом направлении газового потока. Она также имеет оптическую подсистему для приема лазерного излучения в направлении, поперечном к газовому потоку, и еще одну пару фокусирующих зеркал для фокусировки лазерного излучения, собранного подсистемой, в направлении, поперечном к газовому потоку. Для подогрева газа перед его проходом через электроды предусмотрен теплообменник. Для обеспечения циркуляции газа в закрытой системе также имеется компрессор.

Патент США N 4.500.803 также раскрывает возможность объединения вышеупомянутого генератора с обычным двигателем разомкнутого цикла на топливе. Получающаяся конструкция составляет двигатель на гибридном топливе для преобразования тепловой энергии топлива и/или тепловой энергии, сохраняемой в воздухе, в электрическую энергию с высоким термодинамическим коэффициентом и высоким показателем преобразования энергии. В данной конкретной комбинации двигатель с разомкнутым циклом на топливе имеет последовательно расположенные камеру сгорания, в которой происходит сжигание воздуха и топлива, теплообменник МГД-генератора и тепловой двигатель для обеспечения работы компрессора МГД-генератора.

В основу изобретения положена задача усовершенствовать магнитогидродинамический электрический генератор и двигатель на гибридном топливе путем приема когерентного излучения, генерируемого электрическим полем, тепловым индуцированием или расширением газа, и его фокусировка в сторону плазмы газового разряда, двигающейся между магнитами и токосъемными пластинами, а также путем обеспечения соответствующего контроля за составом лазерной газовой смеси и ее корректировка на случай неизбежных потерь в процессе работы при диссоциации газовых молекул, которые обеспечат повышение коэффициента полезного действия двигателя.

Задача решается тем, что предлагается магнитогидродинамический (МГД) электрический генератор, имеющий S-образный трубопровод, один конец которого используется в качестве входа для лазерной газовой смеси, подаваемой под давлением при температуре выше 1100^oС, при этом трубопровод имеет три отстоящих друг от друга участка, которые удлиняются поперек и вдоль общей оси.

Первый из этих участков находится в трубопроводе у входа и удлиняется в направлении, перпендикулярном направлению общей оси. Он предназначен для того, чтобы определить первую зону генерации лазера, в которой происходит подготовка лазерной газовой смеси для лазера. Первый участок также предназначен для того, чтобы создать первый оптический резонатор, имеющий первую пару оппозитно расположенных зеркал, которые устанавливаются вдоль общей оси и юстируются таким образом, чтобы обеспечить фокусировку когерентного света, который они собирают. Одно из зеркал, а именно зеркало, находящееся в непосредственной близости от зеркала второго участка, является частично прозрачным зеркалом, обеспечивающим передачу когерентного излучения, генерированного и собранного на первом участке, в направлении второго и третьего участков трубопровода, расположенных вдоль общей оси.

Второй участок трубопровода расположен ниже первого участка после расширяющегося сопла и также удлиняется в сторону перпендикулярно направлению общей оси. Этот второй участок определяет вторую зону генерации лазера, в которой происходит подготовка лазерной газовой смеси за счет расширения. Этот второй участок также предназначен для того, чтобы создать второй оптический резонатор, имеющий вторую пару оппозитно расположенных зеркал, которые устанавливаются вдоль общей оси на одной линии с общей осью и юстируются таким образом, чтобы обеспечить фокусировку когерентного света, который они собирают. Оба зеркала второй пары являются частично прозрачными зеркалами, обеспечивающими проход когерентного излучения, собранного на первом участке, на второй участок и увеличение общего количества когерентного излучения, собранного на втором участке, и затем передачу увеличенного таким образом когерентного излучения на третий участок трубопровода.

Третий участок трубопровода расположен на одной линии с общей осью, и его положение ориентировано в сторону первого и второго участков этого трубопровода. Этот третий участок предназначен для того, чтобы создать третий удлиненный в осевом направлении оптический резонатор, имеющий третью пару зеркал, которые устанавливаются вдоль общей оси и юстируются таким образом, чтобы обеспечить фокусировку когерентного света, приходящего из первой и второй зон, на соосно расположенном пятне, которое ионизирует газовую смесь, проходящую через третий участок и, таким образом, преобразует ее в плазму. Одно из зеркал этой третьей пары, а именно, зеркало, расположенное в непосредственной близости от второго участка трубопровода, является частично прозрачным зеркалом, обеспечивающим проход когерентного излучения на третий участок.

Электрический МГД-генератор также имеет несколько постоянных магнитов, установленных вдоль третьего участка трубопровода. У каждого магнита имеется положительный и отрицательный полюса, симметрично расположенные по отношению к общей оси. Электрический МГД-генератор имеет также несколько токосъемных пластин, установленных вдоль третьего участка трубопровода. Эти пластины сгруппированы в пары, симметрично установленные относительно общей оси таким образом, чтобы они располагались перпендикулярно как к потоку газовой смеси, проходящему через третий участок трубопровода вдоль общей оси, так и к магнитам. Каждая из пластин может быть подсоединена к нагрузке и является опорой обмотки, которая также может быть подсоединена к нагрузке.

В процессе использования, когда газовая смесь подается в трубопровод и осуществляется ее подготовка для лазера на первом и втором участках, на третьем участке вследствие этого происходит очень эффективное индуцирование электрического тока за счет известного магнитогидродинамического действия и одновременно благодаря эффекту Фарадея.

Первый участок трубопровода может быть оперативно подсоединен к генератору ВЧ- диапазона для того, чтобы подготовить газовую смесь для лазера посредством электрического поля через ВЧ-индуцирование на первом участке или путем прямого электрического разряда.

Первый участок трубопровода может быть также оперативно подсоединен к газовой горелке для того, чтобы подготовить газовую смесь для лазера подогревом.

Целесообразно, чтобы МГД-генератор мог дополнительно иметь устройство для контроля газовой смеси, имеющее по меньшей мере один газовый сенсор, размещаемый в трубопроводе для того, чтобы проверить состав газовой смеси и сигнализировать о необходимости проведения коррекции. Предпочтительно, чтобы такое устройство контроля обеспечивало поступление на вход трубопровода лазерной газовой смеси такого состава: N₂ - 88 - 89%, CO₂ - 8 - 10% и Н₂О - не менее 4%.

Целесообразно для повышения плотности газовой смеси, проходящей через третий участок, чтобы он имел сужение поперечного сечения. На третьем участке может быть предусмотрен по меньшей мере один инжектор для увеличения количества газа, проходящего через третий участок, и для защиты токосъемных пластин.

Задача решается тем, что предлагается двигатель на гибридном топливе для преобразования тепловой энергии топлива и/или тепловой энергии, содержащейся в воздухе, в электрическую энергию с высоким КПД и высоким показателем преобразования энергии. Этот двигатель на гибридном топливе включает:
а) систему электрического МГД-генератора замкнутого цикла, имеющую по порядку; усовершенствованный МГД-генератор, раскрытый выше, и компрессор для подачи лазерной газовой смеси в МГД-генератор через теплообменник, систему, также имеющую генератор лазерного газа с резервуаром-хранилищем для генерирования лазерной газовой смеси и ее подогрева, замкнутый цикл и скруббер;
б) двигатель на топливе с разомкнутым циклом, имеющий по порядку: камеру сгорания, в которой сжигаются воздух и топливо, теплообменник системы МГД-генератора и тепловой двигатель для приведения в действие компрессора системы МГД-генератора.

Желательно, чтобы топливный двигатель дополнительно имел воздушный компрессор, работающий от теплового двигателя для сжигания воздуха, подаваемого в камеру сгорания. Целесообразно, чтобы тепловой двигатель представлял собой турбину и эта турбина, воздушный компрессор и компрессор системы магнитогидродинамического генератора были бы установлены на одном и том же валу.

Целесообразно, чтобы система магнитогидродинамического генератора имела турбину для регистрации энергии из газа и подачи этой регенерированной энергии в компрессор системы магнитогидродинамического генератора, при этом турбина должна устанавливаться на том же валу, что и вышеупомянутый компрессор.

Изобретение будет лучше понято после ознакомления с нижеследующим свободным описанием двух предпочтительных вариантов осуществления изобретения с использованием ссылок на прилагаемых чертежах.

На фиг. 1 представлена схема усовершенствованного МГД-генератора, согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения;
на фиг. 2 приведена блок-схема МГД-генератора, показанного на фиг. 1, с другими компонентами, необходимыми для приведения генератора в действие;
на фиг. 3 приведено схематическое изображение входа усовершенствованного МГД-генератора, согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения;
на фиг. 4 представлено схематическое изображение двигателя на гибридном топливе, объединяющего МГД-генератор, показанный на фиг. 2, с двигателем на топливе.

На фиг. 2 видно, что магнитогидродинамический (МГД) электрический генератор 1, согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения, предназначен для работы на лазерной газовой смеси, предпочтительно, следующего состава: N 2 - 88 - 89%, СО₂ 8 - 10%, уравновешивающим элементом является вода. Такая лазерная смесь поступает из источника 3 лазерного газа, который может быть резервуаром-хранилищем (не показан) или горелкой, в которой C₆H₆ сжигается с N₂O или C₆H₁₀ или C₆H₁₂ сжигаются с воздухом. Известно, что такая лазерная газовая смесь обладает высокой отдачей и ее промышленное производство хорошо известно специалистам в этой области и нет необходимости более объяснять это.

Лазерная газовая смесь из источника 3 поступает в компрессор 5, который подает ее далее к МГД-генератору под давлением около 10 атм. Компрессор 5 приводится в действие внешним источником энергопитания. Об этом будет сказано ниже. Перед входом в МГД-генератор лазерная газовая смесь, выходящая из компрессора 5, проходит через теплообменник 7 для подогрева смеси до температуры выше 1100^oC , если это необходимо, т.е. в том случае, когда лазерная газовая смесь, поступающая из источника 3 лазерного газа и компрессора 5, еще не достигла температуры, необходимой для того, чтобы обеспечить требуемый КПД лазера. Лазерная газовая смесь, которая выходит из МГД-генератора 1 проходит через тепловой двигатель 9, который может быть турбиной или двигателем Стирлинга. Назначение теплового двигателя (регенерировать как можно больше энергии из лазерной газовой смеси, выходящей из МГД-генератора 1, и возвратить регенерированную энергию обратно в компрессор 5 через ведущий вал 11 внешнего энергоисточника питания.

При рассмотрении фиг. 1 видно, что МГД-генератор 1, согласно первому предпочтительному варианту осуществления изобретения, имеет S-образный трубопровод 13 со входом 15, через который подается под определенным давлением подобранная лазерная газовая смесь с необходимой температурой. Благодаря своей форме трубопровод 13 имеет три разнесенных участка 17, 19 и 21 соответственно, которые удлиняются поперек и вдоль общей оси А.

Первый участок 17 находится вблизи входа 15 и удлиняется поперек общей оси А. Он предназначен для того, чтобы определить первую зону генерации лазера, в которой лазерная газовая смесь готовится для лазера электрической стимуляцией или ВЧ-индуцированием, осуществляемым генератором 23 ВЧ-диапазона, подсоединенным к кольцевому лазерному резонатору, к резонатору с закругленными зеркалами или к резонатору со связью через отверстие. Подобное оборудование хорошо известно специалистам в этой области и далее нет необходимости описывать его. Первый участок 17 трубопровода также предназначен для того, чтобы создать первый оптический резонатор. Для этой цели первый участок 17 имеет пару оппозитно расположенных зеркал 25 и 27, которые могут иметь водяное охлаждение и которые устанавливаются на одной линии с осью А и юстируются для того, чтобы обеспечить фокусировку когерентного света, который они собирают. Зеркало 25 на вершине S-образного трубопровода является плоским зеркалом. Зеркало 27, которое обращено к зеркалу 25, является частично прозрачным зеркалом, которое может быть сферическим стеклом Брюстера, зеркалом со щелью, действующим в качестве лазерного отвода поперечной моды и в качестве регулятора СВЧ-диапазона. Это зеркало 27 позволяет осуществлять сбор когерентного света, генерируемого между зеркалами 25 и 27 на первом участке 17 трубопровода в поперечном направлении, и передаваемого в направлении второго и третьего участков 19 и 21 трубопровода, как это будет сейчас объяснено.

Лазерная газовая смесь, уходящая с первого участка 17 трубопровода 13, затем проходит через расширяющееся сопло 29, которое становится шире на втором участке 19 трубопровода. Газовый поток, расширяющийся благодаря этому соплу 29, подготавливает среду для лазера расширением на втором участке 19 трубопровода, тем самым определяя вторую зону генерации лазера. Как и первая зона, вторая зона генерации лазера предназначена для того, чтобы создать второй оптический резонатор. Для этой цели она имеет пару оппозитно расположенных зеркал 31 и 33, которые устанавливаются на одной линии с осью А и юстируются для обеспечения фокусировки когерентного света, который они улавливают за расширяющимся соплом 29. Эти частично прозрачные зеркала 31 и 33 являются светопроводящими и для них можно также предусмотреть водяное охлаждение. Они пропускают когерентное излучение, которое генерируется в первой зоне, далее и тем самым "усиливают" когерентное излучение во второй зоне генерации лазера.

Наконец, лазерная газовая смесь, уходящая со второго участка 19, попадает на третий участок 21 S-обраэного трубопровода, который, в отличие от первого и второго участков, не расположен поперек оси А, а наоборот, он находится на одной прямой с осью А и ориентирован в сторону первого и второго участков, как это четко видно на фиг. 1. И вновь, третий участок предназначен для того, чтобы создать третий соосно удлиненный оптический резонатор. Для этой цели он имеет пару оппозитно расположенных зеркал 35 и 37, которые устанавливаются на одной линии с осью А и юстируются, чтобы обеспечить фокусировку когерентного излучения, приходящего из первой и второй зон генерации лазера, на пятне, которое, конечно, находится на оси А. Конечно, для того, чтобы когерентное излучение могло пройти на третий участок 21, зеркало 35, которое расположено по соседству со вторым участком 19, должно быть светопроводящим. Другое зеркало 37 может быть плоским и, если необходимо, оба они могут иметь водяное охлаждение.

Как показано на фиг. 1, на противоположных боковых сторонах третьего участка 21 трубопровода 13 установлено несколько постоянных магнитов 41, положительные и отрицательные полюса которых симметрично расположены по отношению к оси А. На боковых сторонах третьего участка 21 трубопровода также установлено несколько пластин 43, удерживающих обмотки. Предпочтительно, чтобы в качестве пластин использовались сегментообразные пластины. Пластины устанавливаются парами симметрично по отношению к оси А и вдоль ее.

Пятно 39 генерируется всем когерентным светом, который собран и сфокусирован на первом и втором участках 17 и 19 трубопровода и затем перенесен в виде лазерного луча, соосного оси А, на третий участок 21 трубопровода через зеркала 27, 31, 33 и 35. Пятно 39, полученное при фокусировке лазерного луча зеркалами 35 и 37, ионизирует газ, движущийся по этому третьему участку 21 вдоль оси А и, таким образом, генерирует плазму, которая проходит между магнитами 41 и пластинами 43, которые расположены перпендикулярно друг к другу и к оси А. Это, в свою очередь, вызывает индуцирование электрического тока за счет обычного магнитогидродинамического действия, при этом вырабатываемый ток собирается и подается на нагрузку (не показано) от пластин 43, которые расположены перпендикулярно как к газовому потоку, так и к магнитам 43.

Можно также понять, что плазма, генерируемая пятном 39, которое само по себе создается лазерным лучом, проникающим на третий участок 21 трубопровода, может двигаться вдоль оси А к источнику лазера (т.е. в сторону первого и второго резонаторов, определяемых первым и вторым участками 17 и 19 трубопровода). Это движение плазмы в сторону лазерного луча представляет особый интерес, поскольку оно вызывает образование дополнительного электричества благодаря эффекту Фарадея. Это дополнительное электричество накапливается в обмотках, окружающих пластины 43, и также подается на нагрузку.

Далее можно понять, что удельная проводимость плазмы изменяется в зависимости от температуры, цвет плазмы меняется от полной прозрачности до матового оттенка. В последнем случае уже отсутствует поступление энергии для удержания структуры плазмы, которая вновь становится прозрачной. Затем образуется новое пятно и от пункта образования снова начинает движение вперед. Конечно, этот процесс идет непрерывно, пока работает МГД-генератор. Таким образом, конкретная структура МГД-генератора 1 позволяет пятну 39 двигаться на третьем участке трубопровода. Так как любое движение пятна 39 обязательно будет осуществляться вдоль оси А, дополнительная энергия будет непрерывно генерироваться под воздействием эффекта Фарадея, как было объяснено выше. Если необходимо, для нейтрализации обратного тока, возникающего при обратном движении пятна, может быть предусмотрена постановка емкостного конденсатора.

Для генерирования как можно большего количества энергии важно, чтобы плотность газовой смеси, проходящей через третий участок 21 трубопровода, была высокой. Для выполнения этого требования можно или уменьшить диаметр третьего участка трубопровода, как это показано на фиг. 1, или предусмотреть постановку одного или нескольких газовых эжекторов 44 на входе третьего участка 21, чтобы увеличить количество газа, проходящего через этот участок. Целесообразно, чтобы расположение таких инжекторов 44 обеспечивало впрыск газа вблизи внутренних стенок третьего участка с тем, чтобы прикрыть магниты 41 и токосъемные пластины: 43.

Ранее было заявлено, что для получения высокого коэффициента полезного действия важно, чтобы лазерная газовая смесь содержала N₂ - 88 - 89%, CO₂ - 8 - 10% и H₂О - менее 4%. В процессе работы было установлено, что со временем состав лазерной газовой смеси может значительно изменяться, особенно, если имеет место рециркуляция газовой смеси, так как лазерный луч, ударяя молекулы СО₂, расщепляет их. Для обеспечения постоянства требуемого состава лазерной газовой смеси, подаваемой в МГД-генератор 1, можно воспользоваться устройством 45 (фиг. 2) для контроля газовой смеси, имеющим один или несколько газовых сенсоров, которые можно разместить в трубопроводе между первым и вторым участками 17 и 19, для проверки содержания CO₂ и/или N₂, и/или H₂O в смеси и проведения соответствующей регулировки на источнике 3 лазерной газовой смеси.

На фиг. 3 видно, что электрический МГД-генератор 1, согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения, имеет прямое сходство с МГД- генератором, показанном на фиг. 1. По этой причине идентичным структурным элементам присвоены те же номера ссылок, что и на фиг. 1. Действительно, единственное различие между этим вторым вариантом и первым вариантом осуществления изобретения заключается в способе, который используется для подготовки газовой смеси для лазера в первой зоне генерации лазера, определяемой первым участком 17 трубопровода 13. В этом варианте используется возбуждение газовой смеси теплом, выделяемом пламенем 47 (фиг. 3) газовой горелки 49 в первом оптическом резонаторе. Альтернативный метод представляет особый интерес:
(1) он не требует электричества и, таким образом, не оказывает отрицательного действия на общий электрический КПД всей системы;
(2) он гарантирует, что газ, поступающий в МГД-генератор 1, имеет необходимую повышенную температуру, тем самым делает необязательным установку теплообменника 7 выше МГД-генератора по ходу движения потока, как это показано на фиг. 1;
(3) он может быть использован для регулировки и/или коррекции лазерной газовой смеси, тем самым делает необязательным установку источника лазерного газа с системой 45 контроля газовой смеси.

Ранее было заявлено, что независимо от выбора варианта осуществления изобретения, циркуляция газа в трубопроводе 13 МГД-генератора осуществляется компрессором 5, который подсоединен к внешнему источнику питания. Газ, выходящий из теплового двигателя 9, может быть также возвращен в источник 3 лазерного газа, чтобы завершить контур или цикл 51 (см. фиг. 4). В таком случае может быть предусмотрена установка скруббера 53, имеющего связь с атмосферой, для поддержания постоянного количества газа в закрытом контуре даже в том случае, когда туда вводится дополнительный газ из источника лазерного газа или при использовании горелки для регулирования концентрации смеси лазерного газа, поступающего в МГД-генератор. В любом случае будет понятно, что при таком положении, когда газ циркулирует в закрытой системе, термодинамический КПД системы будет очень хорошим, по сравнению с известными генераторами.

Согласно еще одному варианту изобретения, который показан на фиг. 4, целесообразно, чтобы внешний источник питания, необходимый для работы компрессора 5, был представлен двигателем с разомкнутым циклом на топливе, использующим тепловую энергию топлива и/или воздуха при разомкнутом цикле в качестве источника питания для компрессора 5 и в качестве источника тепла для теплообменника 7.

Этот двигатель с разомкнутым циклом на топливе может иметь воздухозаборник 55 для забора воздуха из атмосферы. Этот воздух может уже иметь тепловую энергию, сохраняемую в нем, от солнечного коллектора, ветрового коллектора или от них обоих. Однако он может быть также и обычным воздухом.

Из компрессора 57 этот воздух направляется в камеру 59 сгорания, в которой он сжигается с топливом, если количество сохраняемой воздухом энергии недостаточно. Камера 59 сгорания подсоединена к теплообменнику 7 или объединена с ним. В теплообменнике лазерная газовая смесь, движущаяся в замкнутом контуре 51, подогревается. Топливо подается в камеру 59 сгорания из резервуара-хранилища (не показано) по топливной линии 61 самотеком. Горячий рабочий газ и/или воздух, выходящий из камеры 59 сгорания, подается в тепловой двигатель 63, который может представлять турбину или двигатель Стирлинга, чтобы извлекать энергию для работы компрессора 57. Эта энергия также используется для работы компрессора 5 замкнутого контура 51 через ведущий вал.

Следует отметить, что когда в качестве тепловых двигателей используются турбины, целесообразно, чтобы все компрессоры и турбины были бы установлены на один и тот же вал 11, как это показано на фиг. 4, и оба цикла могли запускаться одновременно пусковым мотором, также посаженным на этот вал 11. Следует также заметить, что выхлопные газы и/или воздух из теплового двигателя 63 могут быть также использованы для подогрева воздуха, поступающего в контур через дополнительный теплообменник 67, чтобы еще более повысить КПД двигателя на гибридном топливе.

Вышеописанный двигатель на гибридном топливе обладает высокой эффективностью для преобразования тепловой энергии топлива и/или тепловой энергии, сохраняемой в воздухе, в электрическую энергию. Так как температура лазерного излучения высокая по сравнению с температурой выхлопных газов, она имеет высокий термодинамический коэффициент.

Более того, поскольку топливо сжигается во внешней камере 59 сгорания, температуру и давление двигателя можно контролировать. Таким образом, загрязнение также может находиться под контролем и может быть уменьшено. Для работы может быть использовано любое топливо, даже уголь, что делает изобретение особенно нужным для некоторых стран, в которых угля вполне достаточно, а электричества мало. Если в качестве источника тепла в камере 59 сгорания используется уголь, выхлопные газы не следует направлять непосредственно в тепловую турбину, поскольку разлетающийся уголь может повредить лопасти. Поэтому, в этом случае для передачи тепловой энергии турбине и компрессору следовало бы использовать теплообменник, использующий воздух.

Вышеописанный двигатель легко масштабировать. Поэтому он может генерировать электроэнергию в количествах от Вт до МВт.

Очевидно, что в форму, размеры и расположение деталей двигателя можно внести различные изменения. Например, вместо элементов, показанных на чертежах и описанных здесь, могут быть использованы эквивалентные элементы, и компоненты могут быть поставлены в обратном порядке. Более того, некоторые признаки изобретения могут быть использованы независимо от использования других признаков без отклонения от сущности или не выходя из рамок изобретения, как определено в прилагаемой формуле.

Изобретение относится к усовершенствованию магнитогидродинамического электрического генератора и к его применению в двигателе на гибридном топливе для преобразования тепловой энергии топлива и/или тепловой энергии, сохраняемой в воздухе, в электрическую энергию с высоким термодинамическим коэффициентом полезного действия и высоким показателем преобразования энергии. Магнитогидродинамический генератор и двигатель на гибридном топливе, включающий данный генератор, конструкция которого позволяет осуществить прием когерентного света, генерируемого электрической стимуляцией, тепловым индуцированием и/или расширением газа, и его фокусировку в сторону плазмы газового разряда, движущейся между магнитами и токосъемными пластинами. В этом генераторе осуществляется контроль за составом лазерной газовой смеси и производится регулирование на случай неизбежных потерь в процессе работы, когда имеет место диссонация газовых молекул, особенно CO₂, которые обеспечат повышение коэффициента полезного действия двигателя. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Магнитогидродинамический электрический генератор, содержащий S-образный трубопровод, имеющий один конец, действующий в качестве входа для лазерной газовой смеси, подаваемой под давлением при температуре выше 1100^oC, трубопровод имеет три отдельно отстоящих участка, которые удлиняются поперек и вдоль общей оси, при этом первый участок из вышеупомянутых участков, находящийся вблизи входа и удлиненный поперек общей оси, предназначен для определения первой зоны генерации лазера, в которой готовится лазерная газовая смесь для лазера, при этом первый участок предназначен для создания первого оптического резонатора, имеющего первую пару оппозитно расположенных зеркал, которые устанавливаются вдоль общей оси и юстируются, чтобы обеспечить фокусировку когерентного света, который они собирают, при этом одно из зеркал первой пары, а именно зеркало, расположенное в непосредственной близости от второго участка из названных участков, является частично прозрачным зеркалом, чтобы обеспечить передачу когерентного света, генерируемого и собираемого в первой зоне, в сторону второго участка и третьего участка из вышеупомянутых участков вдоль общей оси; второй участок из вышеупомянутых участков, расположенный ниже первого участка после расширяющегося сопла и также удлиненный поперек общей оси, при этом второй участок, определяющий вторую зону генерации лазера, в которой готовится лазерная газовая смесь для лазера расширением, при этом второй участок также предназначен для создания второго оптического резонатора, имеющего вторую пару оппозитно расположено расположенных зеркал, которые устанавливаются вдоль оси и юстируются для обеспечения фокусировки когерентного света, который они собирают, при этом оба зеркала второй пары, являющиеся частично прозрачными зеркалами для обеспечения продвижения когерентного света, собранного в первой зоне, во вторую зону и увеличения общего количества когерентного света, собираемого во второй зоне, и затем для передачи этого увеличенного количества когерентного света на третий участок трубопровода; третий участок из названных участков, устанавливаемый вдоль общей оси и ориентированный в сторону первого и второго участков трубопровода, при этом третий участок предназначен для создания третьего соосно удлиненного оптического резонатора, имеющего третью пару зеркал, которые устанавливаются вдоль общей оси и юстируются для обеспечения фокусировки когерентного света, приходящего из первой и второй зон, на соосно расположенном пятне, которое ионизирует газовую смесь, проходящую через вышеупомянутый третий участок и, таким образом, преобразует ее в плазму, при этом одно из зеркал третьей пары, а именно зеркало, находящееся в непосредственной близости от второго участка трубопровода, является частично прозрачным для обеспечения движения вышеупомянутого когерентного света на третий участок; при этом на третьем участке вследствие подачи газовой смеси в трубопровод и подготовки для лазера на первом и втором участках, происходит индуцирование электрического тока за счет магнитогидродинамического действия одновременно с эффектом Фарадея; несколько постоянных магнитов, расположенных вдоль третьего участка трубопровода, при этом магниты имеют положительные и отрицательные полюса, симметрично расположенные по отношению к общей оси; несколько токосъемных пластин, расположенных вдоль вышеупомянутого третьего участка трубопровода, при этом пластины сгруппированы в пары, симметрично расположенные относительно общей оси и расположенные перпендикулярно как к потоку газовой смеси, проходящему через третий участок трубопровода вдоль общей оси, так и к магнитам, причем каждая из пластин может быть подсоединена на нагрузку и служит опорой для обмотки, которая также может быть подсоединена к вышеупомянутой нагрузке. 2. Магнитогидродинамический электрический генератор, согласно п.1, отличающийся тем, что первый участок вышеупомянутого трубопровода подсоединен к генератору ВЧ -диапазона для подготовки газовой смеси для лазера посредством электрического поля или ВЧ-индуцирования на вышеупомянутом первом участке. 3. Магнитогидродинамический генератор, согласно п.1, отличающийся тем, что первый участок вышеупомянутого трубопровода подсоединен к газовой горелке для подготовки газовой смеси для лазера посредством подогрева. 4. Магнитогидродинамический генератор, согласно любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что содержит устройство для контроля газовой смеси, включающее, по меньшей мере, один газовый сенсор, установленный в трубопроводе для проверки состава газовой смеси и для сигнализации о необходимости коррекции. 5. Магнитогидродинамический генератор, согласно п.4, отличающийся тем, что третий участок трубопровода имеет сужение поперечного сечения, чтобы повысить плотность газовой смеси, проходящей через вышеупомянутый третий участок. 6. Магнитогидродинамический генератор, согласно п.4, на третьем участке трубопровода предусмотрен по меньшей мере один инжектор для увеличения количества газа, проходящего через этот третий участок и для защиты токосъемных пластин. 7. Магнитогидродинамический генератор, согласно любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что вышеупомянутая лазерная газовая смесь, подаваемая на вход трубопровода, после регулировки имеет следующий состав: N₂-88-89%, CO₂-8-10% и Н₂О - не менее 4%. 8. Двигатель на гибридном топливе для преобразования тепловой энергии топлива и/или тепловой энергии, содержащейся в воздухе, в электрическую энергию с высоким термодинамическим КПД и высоким показателем преобразования энергии, имеющий систему электрического магнитогидродинамического генератора замкнутого цикла, имеющую по порядку: магнитогидродинамический генератор согласно любому из пп.1 - 7, и компрессор для подачи лазерной газовой смеси в магнитогидродинамический генератор через теплообменник, вышеупомянутая система имеет источник лазерного газа для генерации лазерной газовой смеси, средства для регулировки концентрации газовой смеси для закрытого цикла и скруббер; и двигатель на топливе с разомкнутым циклом, имеющий по порядку камеру сгорания, в которой сжигаются воздух и топливо, теплообменник системы магнитогидродинамического генератора и тепловой двигатель для приведения в действие компрессора системы магнитогидродинамического генератора. 9. Двигатель согласно п. 8, отличающийся тем, что топливный двигатель дополнительно имеет воздушный компрессор, также работающий от теплового двигателя. 10. Двигатель согласно п. 9, отличающийся тем, что тепловой двигатель представляет собой турбину, и эта турбина, воздушный компрессор и компрессор системы магнитогидродинамического генератора установлены на одном и том же валу. 11. Двигатель согласно п.10, отличающийся тем, что система магнитогидродинамического генератора имеет турбину для регенерации энергии из газа и подачи этой регенерированной энергии в компрессор системы магнитогидродинамического генератора, при этом турбина устанавливается на том же валу, что и компрессор.