Способ получения электроэнергии

Изобретение относится к электротехнике, основано на преобразовании энергии электронных пучков в электроэнергию электромагнитного процесса и может быть использовано для производства электроэнергии в электроэнергетике, в энергосиловых установках транспортных средств и других отраслях, вырабатывающих электроэнергию для собственных нужд. Технический результат состоит в повышении к.п.д. за счет повышения использования энергии пучка электронов. Способ заключается в ионизации электрической дугой рабочего вещества, создании с помощью электронной пушки электронных пучков, преобразовании энергии электронных пучков в виде тока проводимости, индукционного преобразования конвекционных токов и емкостного преобразования токов смещения по двухполупериодной схеме в электроэнергию, которую трансформируют в промышленную сеть рабочей частоты. 1 ил.

 

Изобретение основано на преобразовании энергии электронных пучков в электроэнергию электромагнитного процесса и может быть использовано для производства электроэнергии в электроэнергетике, в энергосиловых установках транспортных средств и других отраслях, вырабатывающих электроэнергию для собственных нужд.

Известен способ производства энергии (патент RU 2262793, H02N 3/00), принятый за прототип. Способ заключается в том, что электрической дугой ионизируют рабочее вещество, с помощью электронной пушки получают электронные пучки и преобразуют их энергию по двухполупериодной схеме в электроэнергию в виде тока проводимости, идущего по первичной цепи силового трансформатора - преобразователя, трансформирующего электроэнергию в сеть потребителей рабочей частоты ωp (в бортовую сеть транспортного средства).

Недостатком прототипа является то, что в электроэнергию преобразуется за счет тока проводимости только часть энергии электронного пучка (примерно 1/3 часть).

Согласно теории электромагнитного поля [К. Шимони - Теоретическая электротехника, М., «Мир», 1964, с.42…50] электромагнитные процессы электронного пучка можно описать с помощью уравнений Максвелла-Лоренца:

rotH=JПР+JK+JCM=Eγ+ρυ+ε∂E/∂t; rotE=-µ∂H/∂t,

где H - вектор напряженности магнитного поля;

Е - вектор напряженности электрического поля;

JПР=Еγ - вектор плотности тока проводимости,

γ - удельная электропроводимость электронного пучка, переходящего в электрическую цепь;

JK=ρυ - вектор плотности конвекционного тока,

ρ - объемная плотность зарядов в электронном пучке;

υ - вектор скорости зарядов в электронном пучке;

JCM=ε∂E/∂t=ωρεE - вектор плотности токов смещения;

ε - диэлектрическая проницаемость;

µ - магнитная проницаемость среды электронного пучка.

Поэтому в электроэнергию можно также преобразовать конвекционные токи и токи смещения. Это существенно увеличит количество получаемой электроэнергии и повысит КПД.

Задачей изобретения является увеличение количества получаемой электроэнергии и повышение КПД.

Данная задача решается тем, что в известном способе, заключающемся в ионизации электрической дугой рабочего вещества, создании с помощью электронной пушки электронных пучков, преобразовании части энергии электронных пучков по двухполупериодной схеме в электроэнергию в виде тока проводимости, которую трансформируют в промышленную сеть рабочей частоты, согласно изобретению остальную энергию электронных пучков превращают в электроэнергию путем индукционного преобразования конвекционных токов и емкостного преобразования токов смещения.

Функциональная схема устройства, с помощью которого может быть реализован заявляемый способ получения электроэнергии, представлена на чертеже.

Данное устройство содержит: электродуговой плазмотрон 1 с анодом АЭД и катодом КЭД электрической дуги; электронные пушки 2 с аксиальными выходными анодами АВ, на которые подают противофазные напряжения Ua циклической рабочей частоты ωp; индукционные преобразователи 4, выполненные на ферромагнитном тороидальном магнитопроводе, охватывающем электронный пучок 3; рабочие электроды 5 с рабочей полостью (РП) 6, выполненные из материала проводника первого рода, поэтому на поверхности рабочей полости 6 образуется двойной электрический слой; металлические обкладки 7, изолированные диэлектриком 8 от рабочих электродов 5, образующие конденсаторы С5-7, соединенные последовательно с электрической емкостью двойного электрического слоя рабочих полостей 6; электроды 9 торможения; индуктивные обмотки L1, L2, L3, La первичной цепи силового трансформатора-преобразователя 11 (СТП), симметричного относительно средней точки 10 обмотки La, соединенной с катодом КЭД плазмотрона 1 и корпусом устройства; конденсаторы Cp1, Cp2, соединенные с соответственными обмотками индуктивностей L1, L2; вторичную цепь 12 силового трансформатора-преобразователя 11; сеть потребителей электроэнергии 13 с циклической рабочей частотой ωp (бортовую сеть мобильного аппарата).

Работает данное устройство следующим образом. С помощью электрической дуги ионизируют рабочее вещество (разряженный газ) между анодом АЭД и катодом КЭД плазмотрона 1 в ортогонально направленном полю дуги анодном поле электронной пушки 2.

Каждый ионизированный атом рабочего вещества дает два противоположно заряженных иона, электрон с зарядом «-е» и катион с зарядом «+е», которые движутся в противоположные стороны, катион - к катоду КЭД, электрон - к аноду АЭД. Под действием поля аксиального выходного анода АВ электронной пушки 2, создающего напряженность поля, в 10-15 раз большую, чем напряженность поля электрической дуги, электроны выходят из области дуги между АЭД и КЭД и устремляются к выходному аноду АВ, проходя через аксиальное отверстие выходного анода, получая потенциал Ua анода АВ и соответствующую скорость: ϑеП=(2eUa/me)1/2,

где me - масса электрона.

Электроны объединяются в электронный пучок 3, модулированный рабочей частотой ωp. В это время катионы ионизированного рабочего вещества, обладающие массой на 4-5 порядков больше, чем электроны, практически не изменяя своей траектории движения, приходят на катод КЭД, заряжая его положительно.

При прохождении электронного пучка 3 через индукционный преобразователь 4 конвекционный ток пучка преобразуется в электрическую мощность, определяемую по зависимости S И = I K 2 ω p L И ,

где LИ - эквивалентная индуктивность преобразователя 4, соединенного с обмоткой L, трансформатора-преобразователя 11 через конденсатор Ср1;

LИ - конвекционный ток, который равен I K = J K π r П 2 ,

JК - плотность конвекционного тока,

rП - радиус электронного пучка.

Эта мощность через обмотку L1, настроенную с конденсатором Ср1 в резонанс на рабочую частоту ωp, передается силовым трансформатором-преобразователем 11 во вторичную обмотку 12 и в сеть потребителей 13.

Чем больше отбирается мощности из электронного пучка, тем сильнее тормозятся электроны, снижая свою скорость, пучок расширяется, уменьшается плотность заряда в пучке и его энергия. Для увеличения плотности заряда в пучке 3 его сжимают в рабочей полости 6 за счет сходящейся конусности по ходу пучка и электрического поля двойного электрического слоя на поверхности РП 6. Отношение диаметра входного отверстия рабочей полости 6 к выходному диаметру характеризует коэффициент сжатия пучка (dвх/dвых=Kсж), который определяет, во сколько раз увеличивается плотность заряда в пучке и сила тока. Энергия и мощность соответственно растут пропорционально квадрату коэффициента сжатия ( К с ж 2 ) , так как они пропорциональны квадратам плотности заряда, конвенционного тока, плотности конвекционного тока (ρ2, I K 2 , I K 2 ).

Затем полем двойного электрического слоя в цилиндрической части РП 6 удерживают электронный пучок 3 в сжатом состоянии, сохраняя его энергию и мощность, при торможении пучка 3 тормозящим полем электрода 9. На электроды 9 подают напряжение с части обмотки L2, на анод АВ - со всей обмотки Lа, поэтому напряжение на электроде 9 меньше, чем Ua, так как Ua=ULa≈UL2. Образуя ток проводимости электромагнитной цепи L2, в электрод 9 входят передние электроны пучка, вдавливаемые задними электронами пучка 3, имеющими большую скорость, создаваемую выходным анодом АВ электронной пушки 2.

За счет торможения электронного пучка 3 у него отбирается кинетическая энергия Wk=meеПeT)2/2, которая превращается в напряжение на электроде 9 торможения UT=meеПеТ)2ejωpt/2e и в соответствующую мощность S П Р = U T I П Р = U T 2 Y П Р , отбираемую из электронного пучка в виде тока проводимости в первичной электрической цепи L2, трансформирующей эту мощность в сеть потребителей электроэнергии 13.

Здесь: ϑeT - скорость электронов, входящих в электрод 9 торможения, создающих силу тока проводимости IПР=UTYПР в электрической цепи, обладающей электропроводимостью YПР=(g2+(bL-bC)2)1/2,

где g - активная электропроводимость цепи L2;

bL=1/ωpL2 - индуктивная проводимость; bCрСр2 - емкостная проводимость электрической цепи L2 совместно с CP2, настроенных в резонанс на рабочей частоте ωp.

Регулированием напряжения на индуктивной обмотке L2 можно задавать степень торможения электронного пучка 3 и количество отбираемой из него энергии (мощности), передаваемой в сеть потребителей 13.

Рабочие электроды 5, металлические обкладки 7, изолированные между собой диэлектриком 8, являются конденсаторами C5-7, получающими заряд сжимаемых пучков 3 через емкость «двойного электронного слоя», т.к. С5-7 соединен последовательно с электрической емкостью «двойного электрического слоя» на поверхности рабочей полости 6. При последовательном соединении электрических емкостей их заряды одинаковы. Поэтому напряжение U5-7 на конденсаторе C5-7 будет в СДЭС5-6 раз больше напряжения «двойного электрического слоя» в рабочей полости 6, что составляет 3-4 порядка

U5-7=qДЭC/C5-7=UДЭC·CДЭC/C5-7.

Это напряжение подают на обмотку L3 силового трансформатора-преобразователя 11, работающую совместно с С5-7 в режиме резонанса напряжений, ω p L 3 = ( ω p C 5 7 ) 1 .

Мощность, передаваемая через этот конденсатор в электрическую цепь силового трансформатора-преобразователя 11, составляет

S q Э Ц = U 5 7 2 ω p C 5 7 = U 5 7 2 / ω p L 3 .

При смене полярности полуволны напряжения Ua, на выходном аноде АВ электронной пушки 2, под действием положительной полуволны напряжения, образуется электронный пучок и получают электрическую мощность в другом плече симметричной электрической цепи СТП 11.

Происходит двухполупериодное преобразование конвекционного тока, тока смещения, тока проводимости и энергии электронного пучка в электрическую мощность рабочей частоты сети 13.

Совершив работу в электрической цепи СТП 11, электроны приходят на катод электрической дуги КЭД, где рекомбинируют катионы в атомы и молекулы рабочей среды, вновь подвергаемой ионизации электрической дугой, для очередного цикла получения электроэнергии по предлагаемому способу и передачи электрической мощности рабочей частоты ωp в сеть потребителей 13.

Таким образом, по предлагаемому способу получения электроэнергии осуществляют двухполупериодное преобразование энергии электронного пучка 3 в электрическую мощность конвекционных токов, токов смещения, токов проводимости, трансформируемую на рабочей частоте ωp в сеть потребителей электроэнергии (бортовую сеть мобильного аппарата) 13. Применение индукционного и емкостного преобразования совместно с преобразованием энергии электронного пучка 3 в токи проводимости, используемого в прототипе, существенно повышает коэффициент использования энергии (мощности) электронного пучка 3, увеличивая количество получаемой электроэнергии, и, соответственно, возрастает КПД предлагаемого способа по сравнению с прототипом.

Способ получения электроэнергии, заключающийся в ионизации электрической дугой рабочего вещества, создания из него с помощью электронной пушки электронных пучков, двухполупериодном преобразовании части энергии электронных пучков путем их торможения в электроэнергию в виде эквивалентных электрическому заряду пучков токов проводимости, создающих в поляризующейся электрической цепи эквивалентный потенциал и мощность, трансформируемую в сеть потребителей, отличающийся тем, что электронные пучки с частотой двухполупериодного преобразования первоначально направляют в магнитоиндукционные преобразователи, в которых происходит преобразование конвекционного тока, обусловленного направленным движением заряженных микрочастиц в электронном пучке, в электрическую мощность, трансформируемую в сеть потребителей, а затем электронные пучки направляют в рабочие полости с электрической емкостью двойного электрического слоя, последовательно соединенной с электрической емкостью рабочих электродов с металлическими обкладками, с помощью этих емкостей преобразуют электрические заряды пучков в эквивалентное напряжение токов смещения, возникающих за счет изменения электрической индукции в электронных пучках, и электрическую мощность, трансформируемую в сеть потребителей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к тепловой защите летательных аппаратов. Крыло гиперзвукового летательного аппарата включает катод, состоящий из внешней оболочки крыла, анод, состоящий из слоя восприятия электронов и токопроводящей подложки анода.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для генерирования электроэнергии. Технический результат состоит в повышении выходной электроэнергии.

Изобретение относится к энергомашиностроению, к теплообменной аппаратуре и может быть использовано для конденсации отработанного пара без использования хладоагента с трансформацией части тепловой энергии в электрическую.

Электронный генератор электроэнергии относится к электротехнике, а именно к производству электроэнергии. Электронный генератор электроэнергии содержит реактор электронной плазмы (1), заполненный рабочей средой (разреженный инертный газ с примесью материалов с малой энергией ионизации), в котором установлены катод (2) и анод (3) электрической дуги, управляющие аноды (4), рабочие аноды (5) и поляризующиеся электроды (6), соединенные с концами первичной обмотки (7) силового трансформатора (12).

Изобретение относится к экологически чистому методу получения электроэнергии и может быть использовано для любого вида электроснабжения как бытового, так и промышленного.

Изобретение относится к энергетике и транспорту, а именно к получению электрической энергии от химической реакции детонационного сгорания топлива. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для производства электрической энергии для малой энергетики и локальных электросетей с использованием как высокопотенциального, так и низкопотенциального тепла, в частности солнечного.
Изобретение относится к области производства энергии, в частности тепловой, которая выделяется из материала при пропускании через него электрического тока. .

Изобретение относится к области преобразования тепловой энергии в электрическую. .

Изобретение относится к области машиностроения, где используются тепловые генераторы, и представляет гидравлический кавитационный аппарат, построенный на базе статора электродвигателя переменного 3-х фазного тока.

Изобретение относится к альтернативной энергетике. Технический результат - повышение производительности выработки водорода, повышение КПД и уменьшение габаритов. Водородный генератор электрической энергии содержит последовательно соединенные преобразователь воды в водород, камеру сжигания водорода и преобразователь тепловой энергии продуктов горения водорода в электрическую энергию. Согласно изобретению камера сжигания водорода выполнена в виде плазменной горелки, снабженной воздухозаборными прорезями. Преобразователь тепловой энергии продуктов горения водорода в электрическую энергию выполнен в виде магнитного преобразователя, содержащего диэлектрическую трубу прямоугольного сечения, внутри которой с двух противоположных сторон установлены разноименные по заряду пластины электрического конденсатора. На внешней стороне трубы с двух других противоположных сторон установлены магниты, которые ориентированы друг к другу разноименными полюсами. Плазменная горелка соединена соосно и встык с диэлектрической трубой магнитного преобразователя, электрический конденсатор которого по потенциальным выходам соединен с электрическими выходами водородного генератора. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к энергетике, а именно к способу получения водорода при разложении воды. Способ включает подачу нагретой воды из водяного котла в устройство разложения воды на кислород и водород, содержащее катод и анод. При этом перфорированные катод и анод представляют собой цилиндрические коаксиально расположенные обкладки водяного конденсатора, причем анод содержит по меньшей мере два трансформатора с индуктивностями, образующие магнитный поток, проходящий через воду, при этом слагаемые магнитных потоков каждого трансформатора образуются за счет намотки изолированного провода. Направления векторов магнитных напряженностей, образованных одним трансформатором совместно с нагрузочной индуктивностью, совпадают, а направление суммарного вектора магнитной напряженности одного трансформатора, за счет переключения полярности питающего напряжения, отличается от направления суммарного вектора магнитной напряженности другого трансформатора. При этом на перфорированную изолированную со всех сторон обкладку меньшего диаметра, внутренний объем которой служит для накопления и транспортировки ионов кислорода, подается положительный потенциал, а на перфорированную обкладку большого диаметра, на которой происходит нейтрализация ионов водорода, который транспортируется через отверстия корпуса устройства разложения воды, подается отрицательный потенциал. Технический результат заключается в повышении КПД устройств разложения воды. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к электротехнике, основано на преобразовании энергии электронных пучков в электроэнергию электромагнитного процесса и может быть использовано для производства электроэнергии в электроэнергетике, в энергосиловых установках транспортных средств и других отраслях, вырабатывающих электроэнергию для собственных нужд. Технический результат состоит в повышении к.п.д. за счет повышения использования энергии пучка электронов. Способ заключается в ионизации электрической дугой рабочего вещества, создании с помощью электронной пушки электронных пучков, преобразовании энергии электронных пучков в виде тока проводимости, индукционного преобразования конвекционных токов и емкостного преобразования токов смещения по двухполупериодной схеме в электроэнергию, которую трансформируют в промышленную сеть рабочей частоты. 1 ил.

Наверх