Способ передачи электрической энергии в высоком вакууме и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способам производства и передачи электрической энергии и может быть использовано в космической технике или в наземной технике специального назначения. Способ для передачи электроэнергии в высоком вакууме включает генерирование направленных пучков плазмы тлеющего разряда с образованием проводящего канала между источником и приемником электрической энергии и передачу по нему электрической энергии, причем проводящий канал формируют с помощью вольфрамовых нитей накала, нагретых до температуры 2000-2500°С и испускающих электроны, и электромагнитных катушек, установленных на источнике и приемнике электрического тока и формирующих направленный поток электронов. Раскрыто также устройство для осуществления способа. Техническим результатом является повышение эффективности и снижение потерь при передаче электрической энергии в высоком вакууме. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способам производства и передачи электрической энергии и может быть использовано в космической технике или в наземной технике специального назначения.

Известен способ передачи электрической энергии с помощью релятивистских пучков электронов высоких энергий (Б.Э.Меерович. Канал сильного тока. - М.: Фима, 1999, стр.355-357).

Недостатком известного способа является необходимость преобразования электронного потока у потребителя в электрическую энергию с заданными параметрами, так как релятивистский пучок электронов является источником тока. Другим недостатком известного способа являются большие потери энергии на рассеивание при столкновении электронов с молекулами в газовой среде, что уменьшает как длину распространения, так и мощность передачи энергии.

Известен способ и устройство для передачи электрической энергии, включающий генерирование высокочастотных электромагнитных колебаний и передачу их по проводящему каналу между источником и приемником электрической энергии. Проводящий канал формируют с помощью ускорителя в виде релятивистского пучка электронов, на который подают высокое напряжение с частотой 0,3-300 кГц от спиральной антенны бегущей волны, а для увеличения радиационной безопасности проводящий канал формируют в виде двух пересекающихся пучков, один из которых создают в атмосфере с помощью лазера, а второй - за пределами атмосферы в виде релятивистского пучка электронов, причем данные способ и устройство могут быть приняты за аналог (Патент RU 2183376 С2).

Недостатком аналога является сложность аппаратуры и большой вес приемной и передающей станций, а также отрицательное воздействие высокочастотных колебаний на организм человека.

Известен способ и устройство для передачи электрической энергии от источника к приемнику таким образом, что между источником и приемником электрической энергии формируют проводящий канал методом фотоионизации и ударной ионизации с помощью генератора излучения, а энергию передают в импульсном или непрерывном режиме по этому проводящему каналу путем синхронной подачи на формирователь данного канала импульсов от генератора излучения и электрических импульсов от высоковольтного высокочастотного трансформатора Тесла. Известное устройство для передачи электрической энергии содержит генератор излучения на основе оптического или рентгеновского лазера для формирования проводящего канала между источником и приемником, формирователь проводящего канала, установленный соосно с генератором излучения, и изолирующий экран, прозрачный для излучения генератора, размещенный между формирователем проводящего канала и генератором излучения, причем эти известные способ и устройство могут быть приняты за прототип (Патент RU №2143775 С1).

Недостатком прототипа как способа является необходимость использования газоразрядного проводящего канала и поддержания концентрации ионизированного воздуха в канале в определенных пределах, невозможность использования в вакууме за пределами земной атмосферы, а недостатком прототипа как устройства является использование сложных элементов, таких как генератор излучения на основе оптического или рентгеновского лазера, высокочастотный трансформатор Тесла, диодно-конденсаторные блоки.

Общим недостатком как аналога, так и прототипа является низкий коэффициент полезного действия за счет различных потерь, в частности потерь при передаче электрической энергии в высоком вакууме методом фотоионизации, ударной ионизации и им подобным.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности и снижение потерь при передаче электрической энергии в высоком вакууме за счет исключения таких элементов в устройствах, как высоковольтные и высокочастотные повышающие и понижающие трансформаторы Тесла, лазерные установки, и таких методов в способах, как метод фотоионизации, ударной ионизации и им подобные, а также упрощения как способа, так и устройства.

Задача решается предложенным способом передачи электрической энергии в высоком вакууме, включающем передачу электрической энергии от источника электрической энергии к приемнику по проводящему каналу, образованному между ними, в котором для формирования проводящего канала генерируют направленные пучки плазмы тлеющего разряда с помощью вольфрамовых нитей, нагретых до температуры 2000-2500°С и испускающих электроны, с последующим сжатием этих пучков при помощи магнитного поля, созданного источником этого магнитного поля, кроме того, для поддержания плазмы тлеющего разряда в проводящий канал подают инертный газ. В качестве инертного газа может быть использован аргон.

Поставленная задача также решается предложенным устройством для передачи электрической энергии в высоком вакууме, содержащем источник и приемник электрической энергии, блок для создания проводящего канала, состоящего из формирователя и генератора излучения для его формирования, электроды передачи и приема электрической энергии, которое содержит два блока для создания проводящих каналов, соединенных с полюсами источника электрической энергии, а генератор излучения в каждом блоке состоит из вольфрамовой нити накала с блоком питания этой нити через токовводы, проходящие внутри опорных изоляторов, сам генератор излучения установлен соосно с формирователем проводящего канала, выполненного в виде источника магнитного поля, а также два электрода приема электрической энергии, соединенных с приемником этой энергии, кроме того, устройство дополнительно содержит емкости для подачи инертного газа в проводящий канал с помощью трубок, а приемник электрической энергии выполнен в виде аккумуляторных батарей. Источники магнитного поля могут быть выполнены в виде электромагнитных катушек, а в качестве приемников электрической энергии используются аккумуляторные батареи.

На чертеже приведена схема устройства для передачи электрической энергии в высоком вакууме, например для передачи электрической энергии с грузового корабля на орбитальную станцию.

Устройство содержит: 1 - источники электрической энергии: аккумуляторные батареи грузового корабля; 2 - блоки питания вольфрамовых нитей накала; 3 - электрод для передачи электрической энергии; 4 - источники магнитного поля: электромагнитные катушки; 5 - емкости с аргоном; 6 - токовводы для питания вольфрамовых нитей накала; 7 - опорные изоляторы; 8 - вольфрамовые нити накала; 9 - обшивка грузового корабля; 10 - трубки подачи аргона; 11 - проводящий канал, образованный плазмой тлеющего разряда; 12 - приемные электроды; 13 - изоляторы; 14 - обшивка орбитальной станции; 15 - приемники электрической энергии.

В качестве примера рассмотрим процесс передачи электрической энергии с грузового корабля на орбитальную станцию.

Устройство размещено внутри грузового корабля за обшивкой 9. Электрическая энергия подается от блоков питания 2 через токовводы 6 и опорные изоляторы 7 к вольфрамовым нитям накала 8, нагревая их до 2000-2500°С. Испускаемые нитями накала электроны образуют проводящий канал 11 в виде потока плазмы тлеющего разряда, который сжимается источником магнитного поля 4. Одновременно в этом же проводящем канале находятся электроды 3, в которые поступает электрическая энергия от источников электрической энергии 1. Проводящий канал является проводником электрической энергии, снимаемой с концов электродов 3 и поступающей на приемные электроды 12, проходящие через изоляторы 13 в обшивке орбитальной станции 14. Принятая энергия поступает в приемники электрической энергии 15 на орбитальной станции. Для усиления эффекта проводимости в проводящий канал может подаваться аргон от емкостей 5 через трубки 10.

1. Способ передачи электрической энергии в высоком вакууме, включающий передачу электрической энергии от источника электрической энергии к приемнику по проводящему каналу, образованному между ними, отличающийся тем, что для формирования проводящего канала генерируют направленные пучки плазмы тлеющего разряда с помощью вольфрамовых нитей, нагретых до температуры 2000-2500°С и испускающих электроны, с последующим сжатием этих пучков при помощи магнитного поля, созданного источником этого магнитного поля, кроме того, для поддержания плазмы тлеющего разряда в проводящий канал подают инертный газ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве инертного газа используют аргон.

3. Устройство для передачи электрической энергии в высоком вакууме, содержащее источник и приемник электрической энергии, блок для создания проводящего канала, состоящего из формирователя и генератора излучения для его формирования, электроды передачи и приема электрической энергии, отличающееся тем, что содержит два блока для создания проводящих каналов, соединенных с полюсами источника электрической энергии, а генератор излучения в каждом блоке состоит из вольфрамовой нити накала с блоком питания этой нити, установлен соосно с формирователем проводящего канала, выполненного в виде источника магнитного поля, и два электрода приема электрической энергии, соединенных с приемником этой энергии, кроме того, дополнительно содержит емкости для подачи инертного газа в проводящий канал, а приемник электрической энергии выполнен в виде аккумуляторных батарей.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что источники магнитного поля выполнены в виде электромагнитных катушек.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве приемников электрической энергии используются аккумуляторные батареи.