СПОСОБ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА Российский патент 2004 года по МПК H02K57/00 

Изобретение относится к области генерирования электроэнергии с использованием раскаленных ионизированных продуктов сгорания, движущихся в электромагнитном поле.

Известен электрогидродинамический (ЭГД) генератор /см., например, Л.С. Кокорев, В. В. Харитонов. Прямое преобразование энергии и термоядерные энергетические установки. М.: Атомиздат, 1980, с.15-16/, в котором газ под высоким давлением через расширяющееся сопло попадает в зону ионизации. Ионизация обычно осуществляется коронным разрядом. Образующиеся ионы увлекаются потоком газа и собираются на электроде коллектора, где происходит рекомбинация ионов с электронами, поступающими из внешней цепи. Эти электроны и совершают работу на нагрузке.

Недостаток известного ЭГД-генератора заключается в трудности и невозможности поддержания коронного разряда в условиях высоких скоростей и давления газа /см. там же, стр.16/.

Предлагается электрогидродинамический способ получения энергии, реализация которого позволит создать ЭГД-генераторы, лишенные указанного недостатка, так как такие генераторы будут работать без коронного разряда.

Известно также, что сужающиеся стенки сопла, например сопла Ловаля, в подобных устройствах подвержены сильному износу из-за высокой температуры продуктов сгорания /см., например, Кириллин В.А. Энергетика, главные проблемы, М.: Знание, 1990, стр.101-104 и Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики, том 1, М.: Наука, 1981 г., стр.475/. Предлагается способ уменьшить износ стенок сопла Лаваля ЭГД-генератора.

Сущность изобретения заключается в том, что топливо, при необходимости с присадками паров щелочных металлов, сжигают в камере сгорания и получают продукты сгорания в виде изотермической плазмы при температуре выше 2000 К, обладающей высокой электропроводностью, продукты сгорания при высоком давлении и температуре удаляют из камеры сгорания через сопло Лаваля, в котором происходит преобразование потенциальной энергии плазмы, находящейся в камере сгорания, в кинетическую энергию сверхзвуковой струи плазмы, тонкой и прямой. Предлагается кинетическую энергию струи плазмы превращать в электрическую энергию, для чего из плазмы удаляют свободные электроны, струя плазмы становится положительно заряженной и под действием кулоновых сил отталкивается, разрушается - увеличивает свое поперечное сечение, затормаживается кулоновыми силами притяжения к выделенным ранее из продуктов сгорания электронам. Выделение электронов из плазмы и последующая нейтрализация продуктов сгорания происходят на электродах, соединенных с потребителем электроэнергии. Для выделения электронов из плазмы индуцируют электрическое поле электромагнитом, изменяя его магнитный поток, т.е. силу протекающего тока электромагнита, а выделение электронов из потока плазмы производят у отрицательного полюса индуцированного поля. После нейтрализации продукты сгорания либо выбрасываются на волю, либо направляются в утилизатор тепла.

Для предупреждения износа стенок сопла Лаваля от действия высокотемпературной плазмы предложено положительно заряженную плазму в камере сгорания перед поступлением в сопло охлаждать, например, добавляя в плазму холодный воздух, до температуры, безвредной для стенок сопла, но достаточно высокой для работы ЭГД-генератора, например 1500 К. Для реализации возможности понижения температуры перед соплом отрицательный электрод и сопло размещают в пространстве отрицательного полюса индуцированного электрического поля.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена принципиальная схема электрогидродинамического генератора, в котором электрическое поле индуцируется электромагнитом, на фиг.2 изображена принципиальная схема электрогидродинамического генератора, в котором электрическое поле для сепарации электронов из плазмы создают между положительно заряженным и отрицательно заряженным электродами.

На чертеже: 1 - корпус, 2 - камера сгорания, 3 - отрицательный электрод, 4 - источник напряжения электрического поля, 5 - форсунка, 6 - дополнительный отрицательный электрод, 7 - сопло Лаваля, 8 - струя плазмы, 9 - дополнительный тормозящий электрод, 10 - источник индуцированного поля, 11 - положительный электрод, 12 - поток нейтрализованных газов, 13 - утилизатор тепла, 14 - потребитель электроэнергии, 15 - электромагнит.

Возможность осуществления способа работы электрогидродинамического генератора подтверждается описанием работы устройств, изображенных на чертеже.

В камере сгорания электрогидродинамического генератора, изображенного на фиг. 1, через форсунку 5 в камеру сгорания 2 корпуса 1 поступает топливо с кислородом /воздухом/ и после сгорания в виде изотермической плазмы поступает в сопло Лаваля, где становится струей плазмы 8. В корпусе 1 установлен электромагнит 15 в виде соленоида на тороидальном магнитном сердечнике, так чтобы струя плазмы 8 оказалась направленной в окно электромагнита 15; при непрерывном увеличении или уменьшении электрического тока в обмотке электромагнита 15 в окне электромагнита будет индуцироваться электродвижущая сила определенного направления; когда направление ЭДС в окне тороида электромагнита 15 от положительного полюса к отрицательному будет направлено против движения струи плазмы 8, электроны станут покидать плазму и осаждаться на отрицательном электроде 3, а струя плазмы станет положительно заряженной; под действием силы инерции плазма будет двигаться в окне тороида электромагнита 15 и разрушаться под действием кулоновых сил отталкивания, превращаться в поток положительно заряженного газа; проходя через положительный электрод 11, поток газа превратится в поток нейтрализованных газов 12 и поступит на утилизатор тепла 13. Между отрицательным и положительным электродами 3 и 11 через потребитель электроэнергии 14 потечет поток электронов и кинетическая энергия струи плазмы 8 превратится в электроэнергию.

В камере сгорания электрогидродинамического генератора, схема которого изображена на фиг.2, установлен отрицательный электрод 3 для сбора электронов, ближе к соплу Лаваля 7 - дополнительный отрицательный электрод 6 в виде сетки. Электроды 3 и 6 проводами соединены с источником напряжения электрического поля 4; в плазме камеры сгорания 2 между электродами 3 и 6 возникнет электрическое поле и движение электронов к отрицательному электроду 3, а также движение положительных ионов к дополнительному отрицательному электроду 6; ввиду малой массы электроны станут достигать электрода 3, а из-за большой массы положительных ионов и движения всей плазмы в сторону сопла Лаваля 7 положительно заряженные ионы будут проскакивать через электрод 6, в сопло 7 будет поступать положительно заряженная масса изотермической плазмы. Из сопла 7 плазма выходит в виде тонкой прямой сверхзвуковой струи 8, заряженной положительно. В процессе движения под действием кулоновых сил отталкивания струя плазмы 8 расширяется, увеличивается в объеме, теряет скорость, снижается температура; одновременно под влиянием кулоновых сил притяжения между отрицательно заряженным электродом 3 и положительно заряженной струей плазмы 8 возникнет разность электрических потенциалов, на создание которой израсходуется кинетическая энергия плазмы 8. Через потребитель электроэнергии 14 /электродвигатель, статический преобразователь и т.д./ электроны станут перетекать от отрицательного электрода 3 к положительному электроду 11, на котором будет происходить нейтрализация ионизированных продуктов сгорания топлива /разрушившейся струи плазмы 8/, кинетическая энергия струи плазмы 8 превратится в энергию электрического тока, протекающего через потребитель электроэнергии 14. Дополнительный тормозящий электрод 9 и источник напряжения тормозящего поля 10 имеют вспомогательное значение и служат защите корпуса 1 от попадания на него положительных зарядов струи плазмы 8. После прохождения продуктов сгорания через положительный электрод 11 они становятся электрически нейтральным потоком газа 12 и направляются к утилизатору тепла 13.

В устройстве согласно фиг.2 возможно поток положительно заряженной плазмы перед поступлением в сопло Лаваля 7 охлаждать до температуры, обеспечивающей длительную работу сопла 7, добавлением в плазму холодных газов или другими способами, это допустимо потому, что из плазмы уже удалены электроны и она представляет собой поток положительно заряженных газов.

Изобретение относится к генерированию электроэнергии с использованием ионизированных газов. Известен способ работы электродинамического генератора, согласно которому получают поток плазмы, которую получают коронным разрядом, электрическим полем выделяют из него электроны и собирают их на отрицательном электроде электрогидродинамического генератора. Создают поток выделенных электронов через потребитель электроэнергии, которые нейтрализуют положительно заряженные частицы плазмы на положительном электроде электрогидродинамического генератора. В способе для получения потока плазмы сжигают топливо в камере сгорания, получая продукты сгорания в виде изотермической плазмы высокого давления, и превращают в сопле Лаваля потенциальную энергию изотермической плазмы в кинетическую энергию потока плазмы, а для выделения свободных электронов из плазмы в ней индуцируют электрическое поле электромагнитом. Технический результат: исключение трудностей, связанных с поддержанием коронного разряда в условиях высоких скоростей и давлений газа. 2 ил.

Способ работы электрогидродинамического генератора, согласно которому получают поток плазмы, электрическим полем выделяют из него электроны и собирают их на отрицательном электроде электрогидродинамического генератора, создают поток выделенных электронов через потребитель электроэнергии, которые нейтрализуют положительно заряженные частицы плазмы на положительном электроде электрогидродинамического генератора, отличающийся тем, что для получения потока плазмы сжигают топливо в камере сгорания, получая продукты сгорания в виде изотермической плазмы высокого давления, и превращают в сопле Лаваля потенциальную энергию изотермической плазмы в кинетическую энергию потока плазмы, а для выделения свободных электронов из плазмы в ней индуцируют электрическое поле электромагнитом.