СПОСОБ ПОДАЧИ РАБОЧЕГО ТЕЛА В МГД-ГЕНЕРАТОР Российский патент 2018 года по МПК H02K44/08 H02K44/12 

Изобретение относится к области магнитной гидродинамики, а именно к магнитогидродинамическим генераторам (МГД-генераторам), и может быть использовано в металлургии, в ядерной и нетрадиционной энергетике, машиностроении, химической промышленности, а также в космической технике.

Принцип действия МГД-генератора заключается в следующем. Горючая смесь подается в камеру сгорания, где пламя перемещается перпендикулярно направлению магнитного поля. Свободные электроны и ионы, образующиеся в пламени в результате термоионизации, перемещаются к электродам под действием электрического поля, напряженность Е которого определяется по закону Фарадея: E=ν⋅B, где ν - скорость пламени, В - индукция поля, при этом на электродах генерируется напряжение, а во внешней нагрузке протекает электрический ток. Величина тока и, соответственно, мощность генератора зависит от степени ионизации пламени. При низких температурах ионизация невысока. Высокие температуры требуют применения специальных материалов и систем охлаждения, что приводит к усложнению конструкции, удорожанию и снижению кпд.

Известен способ подачи рабочего тела в магнитогидродинамический генератор и магнитогидродинамический генератор для реализации указанного способа, содержащий несколько каналов, выполненных в виде сопла, и полюсную систему, обеспечивающую магнитный ток в зоне расположения каналов, при этом каналы расположены параллельно сверху и снизу относительно поперечной оси магнитогидродинамического генератора, и суживающиеся их части также направлены к поперечной оси (патент №2409886, заявка №2010107586 от 03.032010, МПК: Н42K 44/08, Н42K 44/12 - прототип).

Указанный МГД-генератор работает следующим образом. Благодаря взаимодействию тока в канале - i_k с магнитным потоком Ф возникают силы F, препятствующие продвижению ионизированного газа в каналах, по этой причине скорость υ₂ значительно меньше скорости υ₁. Скорость υ₁ соответствует кинетической энергии ионизированного газа с массой его m_r, равной ; скорости ν₂ соответствует кинетическая энергия . Разница в кинетических энергиях на входе и выходе из каналов - физическая работа МГД-генератора. При вычете из нее всех потерь в МГД-генераторе, получается электромагнитная мощность МГД-генератора.

Основными недостатками являются сложность конструкции и недостаточно высокий кпд.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа подачи рабочего тела, применение которого позволит повысить кпд МГД-генератора.

Решение указаний задачи достигается тем, что в предложенном способе подачи рабочего тела в МГД - генератор, заключающемся в пропускании потока рабочего тела по каналу рабочей камеры между разноименными полюсами магнитов, согласно изобретению стенки канала рабочей камеры для пропускания потока выполняют в виде электродов, при этом сам канал располагают под углом к линиям магнитного поля, образованного полюсами магнитов, причем величину угла α определяют из соотношения , где δ - величина воздушного зазора магнитной системы, - расстояние между электродами, а параметры рабочей камеры выбирают из условия обеспечения ультрафиолетового диапазона тормозного излучения, при этом рабочие поверхности электродов выполняют из тяжелых неферромагнитных металлов.

В варианте применения способа, канал выполняют в виде нескольких соединенных между собой одиночных каналов, при этом в каждом канале изменяют направление движения потока на противоположное.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана принципиальная схема предложенного МГД-генератора, на фиг. 2 - схема излучения фотонов в пространство рабочей камеры. На схемах обозначены - V_e - скорость заряда, h_ν - излучение фотона в направлении, перпендикулярном вектору скорости.

Предложенный способ может быть реализован в МГД-генераторе, имеющем следующую конструкцию.

Предложенный МГД-генератор состоит из магнитной системы 1 и камеры сгорания 2, в которой размещены токосъемные электроды 3.

Предложенный способ может быть реализован в указанном МГД-генераторе следующим образом.

Горючая смесь подается в камеру сгорания 2, где пламя перемещается под углом к направлению магнитного поля. Свободные электроны и ионы, образующиеся в пламени в результате термоионизации, перемещаются к электродам 3 под действием ЭДС, величина которой определяется по закону Фарадея: E=ν⋅B, где ν - скорость пламени, В - индукция поля.

На электродах генерируется напряжение, а во внешней нагрузке протекает электрический ток.

Движущиеся заряды вблизи электродов испытывают дополнительное ускорение за счет приэлектродного падения потенциала. Если электрод выполнен из металла с высокой плотностью или имеет покрытие таким металлом, то резкое торможение заряда приводит к излучению фотонов в направлении, перпендикулярном вектору скорости.

Расположение электродов 3 под углом к направлению движения зарядов позволяет создать условия для излучения фотонов в пространство рабочей камеры. Для того чтобы все пространство камеры облучалось, необходимо, чтобы этот угол определялся соотношением , где δ - величина воздушного зазора магнитной системы, а - расстояние между электродами. Поскольку длина волны тормозного излучения зависит от величины приобретаемой зарядом кинетической энергии Δw=hν, то при соответствующем выборе параметров генератора обеспечивается ультрафиолетовый диапазон w=20 эВ.

В этом диапазоне лежат потенциалы ионизации большинства молекул газов и создаются условия для цепной электрофизической реакции, когда каждый достигший электрода заряд излучает фотон ультрафиолетового диапазона, порождая новый дополнительный свободный заряд в пламени. Рост тока ограничивается только концентрацией молекул при данной температуре.

Проведенные теоретические исследования показали, что предлагаемая конструкция позволяет более чем на порядок увеличить кпд МГД-генераторов при низких температурах пламени.

Использование предложенного технического решения позволит создать способ подачи рабочего тела, применение которого позволит повысить кпд МГД-генератора и улучшить их массогабаритные и стоимостные показатели для практического применения.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к магнитной гидродинамике, и может быть использовано в металлургии, в ядерной и нетрадиционной энергетике, машиностроении, химической промышленности, а также в космической технике. Технический результат состоит в повышении кпд и упрощении конструкции. Способ подачи рабочего тела в МГД-генератор заключается в пропускании потока рабочего тела по каналу рабочей камеры между разноименными полюсами магнитов. Стенки канала рабочей камеры для пропускания потока выполняют в виде электродов. Сам канал располагают под углом к линиям магнитного поля, образованного полюсами магнитов. Величину угла α определяют из соотношения , где δ - величина воздушного зазора магнитной системы, - расстояние между электродами. Параметры рабочей камеры выбирают из условия обеспечения ультрафиолетового диапазона тормозного излучения. Рабочие поверхности электродов выполняют из тяжелых неферромагнитных металлов. Канал может быть выполнен в виде нескольких соединенных между собой одиночных каналов. В каждом канале изменяют направление движения потока на противоположное. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ подачи рабочего тела в МГД-генератор, заключающийся в пропускании потока рабочего тела по каналу рабочей камеры между разноименными полюсами магнитов, отличающийся тем, что стенки канала рабочей камеры для пропускания потока выполняют в виде электродов, при этом сам канал располагают под углом к линиям магнитного поля, образованного полюсами магнитов, причем величину угла α определяют из соотношения где δ - величина воздушного зазора магнитной системы, - расстояние между электродами, а параметры рабочей камеры выбирают из условия обеспечения ультрафиолетового диапазона тормозного излучения, при этом рабочие поверхности электродов выполняют из тяжелых неферромагнитных металлов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что канал выполняют в виде нескольких соединенных между собой одиночных каналов, при этом в каждом канале изменяют направление движения потока на противоположное.