RU2122767C1

RU2122767C1 - Electrothermodynamic plasma generator

Info

Publication number: RU2122767C1
Application number: RU96122038/25A
Authority: RU
Inventors: Григорий Иванович Можаев; Наталь Григорьевна Можаева; Наталья Григорьевна Можаева
Original assignee: Григорий Иванович Можаев; Наталья Григорьевна Можаева
Priority date: 1996-11-14
Filing date: 1996-11-14
Publication date: 1998-11-27

Abstract

FIELD: thermal-to-electric energy conversion. SUBSTANCE: generator has plasma producing unit incorporating heater 1 and thermal-to-electric energy converter unit. The latter has gas channel 5 connected to nozzle 4 of plasma producing unit. Electrodes 9, 10 are placed at inlet and outlet of channel 5 and connected on external side of channel through interrupter to current supply. With pulse current passed through electrodes 9, 10, intermittent magnetic field is induced in magnetic core 6 placed around channel. Magnetic core carries inductance coil 7 connected to load circuit. Electrode 9 (anode) is placed at inlet of gas channel and electrode 10 (emitter), at its outlet. Emitter 10 is connected to ionizer 11 directed towards channel interior. EFFECT: provision for building up pulse voltage across winding leads when passing intermittent current through plasma channel. 2 dwg

Description

Изобретение относится к генераторам электрического тока, более конкретно к устройствам прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. The invention relates to electric current generators, and more particularly to devices for the direct conversion of thermal energy into electrical energy.

Известное устройство для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую содержит нагреватель газа, соединенный с оболочкой сопла переменного сечения, выполненной из диэлектрического материала, на наружной поверхности которой размещена металлическая с высокой магнитной проницаемостью обкладка, снабженная клеммами для подключения потребителя электроэнергии. Клеммы расположены по одной на торцах обкладки. Внутри оболочки сопла имеются электроды, во входе в сопло выполненный в виде термокатода, в выходе из сопла - анода, которые соединены между собой с внешней стороны оболочки сопла через прерыватель и источник тока высокого напряжения (см. патент РФ N 1455930 по кл. H 01 J 45/00, от 01.03.93). A known device for the direct conversion of thermal energy into electrical energy contains a gas heater connected to the shell of a nozzle of variable cross section made of dielectric material, on the outer surface of which there is a metal plate with a high magnetic permeability, equipped with terminals for connecting a consumer of electricity. The terminals are located one at a time at the ends of the plate. There are electrodes inside the nozzle shell, made in the form of a thermal cathode at the nozzle inlet, and an anode at the nozzle exit, which are interconnected from the outside of the nozzle shell through a chopper and a high voltage current source (see RF patent N 1455930, class H 01 J 45/00, dated 01.03.93).

В этом устройстве для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую магнитное и электрическое поля возбуждаются совместно в металлической обкладке, что не позволяет эффективно производить прямое преобразование тепловой энергии в электрическую. In this device for direct conversion of thermal energy into electrical magnetic and electric fields are excited together in a metal lining, which does not allow efficient direct conversion of thermal energy into electrical energy.

Известный электротермодинамический генератор электрического тока содержит устройство для выработки тепловой энергии, соединенное с оболочкой сопла переменного сечения, вдоль внешней поверхности которой размещена обкладка, выполненная в виде магнитопровода, снабженная обмоткой индукционного тока с контактными выводами для подключения потребителя электроэнергии. Внутри оболочки сопла расположены термокатод во входе в сопло, в выходе из сопла - анод, соединенные между собой с внешней стороны через прерыватель и источник тока высокого напряжения (см. патент Р.Ф. по заявке N 93050151/07 (050189) от 03.11.93г. The well-known electrothermodynamic electric current generator contains a device for generating thermal energy connected to the shell of a variable section nozzle, along the outer surface of which there is a lining made in the form of a magnetic circuit, equipped with an induction current winding with contact terminals for connecting an electrical consumer. Inside the nozzle shell there is a thermal cathode at the entrance to the nozzle, at the outlet of the nozzle there is an anode interconnected from the outside through a chopper and a high voltage current source (see RF patent on application N 93050151/07 (050189) dated 03.11. 93g.

В этом электротермодинамическом генераторе электрического тока истекаемый через сопло поток нагретого, наэлектризованного термоионами газа создает сильное пространственное электрическое поле внутри сопла, что не позволяет эффективно использовать кинетическую энергию истекаемого газа, переносящего ограниченный по величине этим электрическим полем заряд. In this electrothermodynamic electric current generator, a stream of heated gas electrified by thermionic ions flowing through the nozzle creates a strong spatial electric field inside the nozzle, which does not allow the efficient use of the kinetic energy of the outgoing gas, which transfers a charge that is limited by the magnitude of this electric field.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности использования кинетической энергии, вытекающей из сопла струи ионизованного посредством введения в нагреватель легкоионизирующихся присадок, содержащих щелочные металлы, и дополнительно ионизатором газа путем нейтрализации пространственного электрического поля. Для этого в плазменном электротермодинамическом генераторе взаимное расположение электродов выполнено в обратном порядке во входе и в выходе рабочего канала, введенного в него, на внешней поверхности оболочки которого размещен блок преобразования, состоящий из обкладки, выполненной в виде магнитопровода, снабженный в зазоре, образующемся между частью обкладки и оболочкой рабочего канала, обмоткой индукционного тока с контактными выводами для подключения потребителя электроэнергии. Оболочка рабочего канала примыкает одним торцом к оболочке расширяющейся части сопла переменного сечения, другим торцом - к холодильной камере, соединенной с вакуумным насосом. Таким образом, во ходе в рабочий канал на стыке оболочки рабочего канала с оболочкой сопла расположен входной электрод в качестве анода, а в выходе из рабочего канала, из которого истекает газ, совершивший в рабочем канале полезную работу, расположен выходной электрод, выполненный в виде эмиттера и содержащий ионизатор, обращаемый внутрь рабочего канала. Ионизатор выполнен, например, в виде стержня из радиоактивного вещества. Анод и эмиттер соединены между собой с внешней стороны оболочки рабочего канала через прерыватель и источник тока, и выполненные, например, в форме концентрических колец, создают в рабочем канале импульсное электрическое поле, вектор напряженности которого совпадает с направлением движения ионизованного газа в рабочем канале. Эмиттер испускает поток вторичных электронов при бомбардировке его тяжелыми положительными ионами. К оболочке рабочего канала со вторым выхода газа примыкает холодильная камера, соединенная последовательно с вакуумным насосом. The technical result of the invention is to increase the efficiency of the use of kinetic energy flowing out of the nozzle of an ionized jet by introducing into the heater easily ionizing additives containing alkali metals, and additionally by a gas ionizer by neutralizing the spatial electric field. To do this, in the plasma electrothermodynamic generator, the relative positions of the electrodes are performed in the reverse order at the inlet and outlet of the working channel, introduced into it, on the outer surface of the shell of which there is a conversion unit, consisting of a plate made in the form of a magnetic circuit, provided in the gap formed between the part plates and a shell of the working channel, an induction current winding with contact leads for connecting a consumer of electricity. The shell of the working channel is adjacent at one end to the shell of the expanding part of the nozzle of variable cross-section, and at the other end to the refrigeration chamber connected to the vacuum pump. Thus, in the course of the working channel, at the junction of the shell of the working channel with the shell of the nozzle, an input electrode is located as an anode, and an output electrode made in the form of an emitter is located at the outlet of the working channel from which the gas flows, which has done useful work in the working channel and containing an ionizer that is turned inside the working channel. The ionizer is made, for example, in the form of a rod of a radioactive substance. The anode and emitter are interconnected from the outside of the shell of the working channel through a chopper and a current source, and made, for example, in the form of concentric rings, create a pulsed electric field in the working channel, the intensity vector of which coincides with the direction of movement of the ionized gas in the working channel. The emitter emits a stream of secondary electrons when it is bombarded with heavy positive ions. A cooling chamber adjoining in series with a vacuum pump is adjacent to the shell of the working channel with a second gas outlet.

В результате изменения взаимного расположения электродов в рабочем канале, содержащемся в генераторе, разноименные заряды ионизованного газа в рабочем канале движутся в противоположных направлениях, тяжелые положительные ионы переносятся потоком газа к эмиттеру, более легкие электроны движутся под действием сил электрического поля, создаваемого электродами, в противоположном направлении к аноду, сохраняя квазинейтральность ионизованного газа, плазмы. Электроны, уходящие из плазмы на анод, восполняются вторичными электронами, испускаемыми эмиттером. Ионизатор, содержащийся на эмиттере, дополнительно ионизует газ в рабочем канале. As a result of a change in the relative position of the electrodes in the working channel contained in the generator, opposite charges of ionized gas in the working channel move in opposite directions, heavy positive ions are transported by the gas flow to the emitter, lighter electrons move under the influence of the electric field generated by the electrodes in the opposite direction to the anode, while maintaining the quasineutrality of the ionized gas, plasma. The electrons leaving the plasma at the anode are filled with secondary electrons emitted by the emitter. The ionizer contained in the emitter additionally ionizes the gas in the working channel.

На фиг. 1 изображен общий вид плазменного электротермодинамического генератора в разрезе; на фиг.2 - сечение рабочего канала с блоком преобразования, изображенных на разрезе общего вида, дополненное (штриховые линии) изображением передней половины перед секущей плоскостью разреза. In FIG. 1 shows a sectional view of a plasma electrothermodynamic generator; figure 2 is a cross section of the working channel with the conversion unit, depicted in the section of the General view, supplemented (dashed lines) with the image of the front half in front of the cutting plane of the section.

Плазменный электротермодинамический генератор содержит нагреватель 1, на котором имеется топливопровод 2. С одной стороны к нагревателю 1 примыкает компрессор воздуха 3, с другой - оболочка 4 сопла переменного сечения. Последовательно за оболочкой 4 сопла переменного сечения расположена оболочка 5 рабочего канала, на внешней стороне которой размещена обкладка 6. В зазоре, образованном вверху (на чертеже) между оболочкой 5 и обкладкой 6, на теле обкладки 6 имеется обмотка 7 индукционного тока с двумя (на чертеже) контактными выводами 8. Внутри оболочки 5 рабочего канала во входе в рабочий канал расположен анод 9, в выходе - эмиттер 10, который содержит ионизатор 11. Анод 9 и эмиттер 10 соединены шиной 12 через прерыватель и источник 13 тока. The plasma electrothermodynamic generator contains a heater 1, on which there is a fuel pipe 2. On the one hand, an air compressor 3 is adjacent to the heater 1, and on the other, a shell 4 of a nozzle of variable cross section. Sequentially after the shell 4 of the nozzle of variable cross-section, the shell 5 of the working channel is located, on the outer side of which there is a cover 6. In the gap formed at the top (in the drawing) between the shell 5 and the cover 6, on the body of the cover 6 there is an induction current winding 7 with two (on drawing) by contact pins 8. Inside the shell 5 of the working channel, an anode 9 is located at the entrance to the working channel, and an emitter 10 is located at the output, which contains an ionizer 11. The anode 9 and the emitter 10 are connected by a bus 12 through a chopper and a current source 13.

К оболочке 5 рабочего канала последовательно примыкают холодильная камера 14 и вакуумный насос 15. A cooling chamber 14 and a vacuum pump 15 are successively adjacent to the shell 5 of the working channel.

В плазменном электротермодинамическом генераторе нагретый, ионизованный путем введения в нагреватель 1 через топливопровод 2 легкоионизующихся присадок, содержащих щелочные металлы, сжатый компрессором 3 газ движется из нагревателя 1 по соплу 4, где происходит увеличение скорости его движения. Затем истекаемый газ поступает в рабочий канал 5, где совершает полезную работу, перенося положительные электрические заряды в рабочем канале 5, которые вместе с электронами, движущимися прерывисто противоположно движению положительных зарядов под действием сил электрического поля, создаваемого анодом 9 и эмиттером 10, создают прерывистый изменяющийся по силе электрический ток в замкнутом электропроводящем контуре, представляющем собой одновитковую обмотку, образуемом: анод 9 - полость рабочего канала 5, заполненная ионизованным газом, движущимся от анода к эмиттеру 10, эмиттер 10 - электропроводящая шина 12, в которую включены прерыватель и источник 13 тока - анод 9. In a plasma electro-thermodynamic generator, heated, ionized by introducing easily ionizing additives containing alkali metals into the heater 1 through the fuel line 2, the gas compressed by the compressor 3 moves from the heater 1 through the nozzle 4, where its speed increases. Then, the outflowing gas enters the working channel 5, where it does useful work by transferring positive electric charges in the working channel 5, which, together with the electrons moving intermittently opposite the movement of positive charges under the action of the electric field created by the anode 9 and emitter 10, create an intermittent by force, an electric current in a closed electrically conductive circuit, which is a single-turn winding, is formed: anode 9 - the cavity of the working channel 5, filled with ionized gas, d moving from the anode to the emitter 10, the emitter 10 is a conductive bus 12, which includes a chopper and a current source 13 - anode 9.

Ток контура возбуждает в обкладке 6 изменяющееся по модулю магнитное поле, вызывающее ЭДС индукции в обмотке 7 индукционного тока. Индукционный ток, создаваемый ЭДС индукции, через контактные выводы 8 поступает к потребителю электроэнергии. The loop current excites in the lining 6 a modulating magnetic field that induces an induction emf in the induction current winding 7. The induction current generated by the induction emf, through the contact leads 8 is supplied to the consumer of electricity.

Ионизатор 11, содержащийся на эмиттере 10, создает дополнительную ионизацию газа в рабочем канале 5. Эмиттер 10 испускает вторичные электроны, которые восполняют в плазме в рабочем канале 5 отрицательные заряды, электроны, уходящие под действием импульсного электрического поля на анод. Вторичная электронная эмиссия возникает при бомбардировке эмиттера положительными ионами ионизованного газа. The ionizer 11 contained in the emitter 10 creates additional ionization of the gas in the working channel 5. The emitter 10 emits secondary electrons, which replenish the negative charges in the plasma in the working channel 5, the electrons leaving under the influence of a pulsed electric field on the anode. Secondary electron emission occurs when the emitter is bombarded with positive ions of ionized gas.

Истекаемый из рабочего канала 5 в холодильную камеру 14 нейтральный, рекомбинированный газ отбирается вакуумным насосом 15, что понижает давление газа на выходе из рабочего канала и увеличивает степень его ионизации в рабочем канале. The neutral, recombined gas flowing from the working channel 5 to the refrigerating chamber 14 is taken off by a vacuum pump 15, which lowers the gas pressure at the outlet of the working channel and increases the degree of ionization in the working channel.

Работа, совершаемая током источника тока высокого напряжения, налаживается на работу, совершаемую газом по переносу положительного заряда в рабочем канале, и суммируется с ней, выражаясь в общей мощности индукционного тока, поступающего к потребителю электроэнергии. The work performed by the current of the high voltage current source is adjusted to the work performed by the gas to transfer the positive charge in the working channel, and is added to it, expressed in the total power of the induction current supplied to the consumer of electricity.

Claims

Плазменный электротермодинамический генератор, содержащий компрессор, нагреватель газа, образующий плазму и соединенный с оболочкой сопла переменного сечения, с топливопроводом, предназначенным также для ввода легкоионизируемых присадок, блок преобразования тепловой энергии в электрическую, включающий газовый канал, соединенный с соплом переменного сечения, электроды на входе и выходе газового канала, соединенные с внешней стороны газового канала через прерыватель и источник тока, и расположенную снаружи газового канала обкладку, выполненную в виде магнитопровода с обмоткой индукционного тока, содержащей контактные выводы для подключения потребителя электроэнергии, холодильную камеру, примыкающую к газовому каналу, соединенную с вакуумным насосом, отличающийся тем, что на входе в газовый канал расположен анод, а на выходе из газового канала расположен электрод, выполненный в виде эмиттера и содержащий ионизатор, обращенный внутрь газового канала. Plasma electrothermodynamic generator containing a compressor, a gas heater forming a plasma and connected to the shell of a nozzle of variable cross section, with a fuel pipe, also designed to enter easily ionized additives, a unit for converting thermal energy into electrical energy, including a gas channel connected to a nozzle of variable cross section, electrodes at the input and the output of the gas channel, connected to the outside of the gas channel through a chopper and a current source, and a lining located outside the gas channel, in made in the form of a magnetic circuit with an induction current winding containing contact leads for connecting an electrical consumer, a refrigeration chamber adjacent to the gas channel connected to a vacuum pump, characterized in that the anode is located at the entrance to the gas channel and the electrode is located at the exit from the gas channel made in the form of an emitter and containing an ionizer facing the inside of the gas channel.