RU2240612C2

RU2240612C2 - Способ выработки тепловой энергии

Info

Publication number: RU2240612C2
Application number: RU2000108558/06A
Authority: RU
Inventors: А.Б. Карабут (RU); А.Б. Карабут
Original assignee: Зао "Самар+"
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2000-04-03
Publication date: 2004-11-20

Abstract

Предложен способ выработки тепловой энергии, по которому размещают анод и катод друг против друга в вакуумной камере. При этом поддерживают внутренность вакуумной камеры в одной из атмосфер газообразного водорода, дейтерия, гелия и аргона. Затем формируют тлеющий разряд между анодом и катодом, одновременно допуская прохождение импульсного тока, имеющего форму прямоугольной волны, между анодом и катодом. Это увеличивает вероятность реакции между ядрами атомов вышеупомянутых газов, абсорбированных в катоде. Данным способом можно выработать тепловую энергию, большую, чем энергия на входе, и увеличить кпд. 4 з.п. ф-лы, 6 ил., 3 табл.

Description

Настоящее изобретение относится к способу выработки тепловой энергии и, в частности, к усовершенствованию способа выработки тепловой энергии, который обеспечивает выработку тепловой энергии, большей, чем энергия на входе.

Существует такой обычный известный способ выработки тепловой энергии, который предусматривает поддержание внутренности вакуумной камеры, например, в атмосфере газообразного дейтерия и последующее формирование электрического разряда в вакуумной камере (WO 9506317 А1, опубл. 02.03.1995 - прототип).

Однако вышеупомянутый обычный способ подвержен той проблеме, что разность между входной энергией и выработанной тепловой энергией мала и кпд низок.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы разработать способ выработки тепловой энергии вышеуказанного типа, при котором разность между энергией на входе и выработанной тепловой энергией можно увеличить и можно достичь увеличения кпд.

Чтобы решить вышеупомянутую задачу в соответствии с настоящим изобретением, предлагается способ выработки тепловой энергии, заключающийся в том, что размещают анод и катод друг против друга в вакуумной камере, поддерживают внутренность вакуумной камеры в атмосфере водорода, дейтерия, гелия и аргона и формируют тлеющий разряд между анодом и катодом, одновременно допуская прохождение импульсного тока, имеющего форму прямоугольной волны, между анодом и катодом.

Путем использования вышеуказанной меры можно выработать тепловую энергию, большую, чем энергия на входе. Кроме того, можно увеличить разность между энергией на входе и выработанной тепловой энергией и достичь увеличения кпд.

Считается, что это происходит по следующей причине. Например, если в атмосфере газообразного дейтерия формируют тлеющий разряд, к молекулам дейтерия прикладывается внешнее усилие повышенной плотности и поэтому молекулы дейтерия распыляются с хорошим кпд, после чего происходят улавливание атомов дейтерия в катоде и заметное увеличение энергии атомов дейтерия. Если допускается протекание пульсирующего тока, имеющего форму прямоугольной волны, между анодом и катодом, температуру катода можно поддерживать низкой, посредством чего атомы дейтерия, улавливаемые в катоде, могут быть надежно абсорбированы в катоде. Это значительно увеличивает вероятность реакции между ядрами атомов дейтерия в катоде, а именно реакции, считающейся ядерным превращением, и предполагается, что эта реакция действительно происходит.

Далее предлагаемое изобретение будет описано более подробно со ссылками на чертежи, на которых:

фиг.1 показывает схематическое изображение оборудования для формирования тлеющего разряда,

фиг.2А изображает график, показывающий первый пример зависимости между временем и напряжением,

фиг.2В изображает график, показывающий первый пример зависимости между временем и током,

фиг.3А изображает график, показывающий второй пример зависимости между временем и напряжением,

фиг.3В изображает график, показывающий второй пример зависимости между временем и током,

фиг.4А изображает график, показывающий третий пример зависимости между временем и напряжением,

фиг.4В изображает график, показывающий третий пример зависимости между временем и током,

фиг.5 изображает электрическую схему входной системы и системы анализа (измерительная система) в оборудовании для формирования тлеющего разряда,

фиг.6 является иллюстрацией труб и проводки в выходной системе в оборудовании для формирования тлеющего разряда.

В устройстве 1 для формирования тлеющего разряда, показанном на фиг. 1, внутренняя кварцевая труба 4 и внешняя кварцевая труба 5 концентрично размещены между верхней плитой 2 и нижней плитой 3. Между поверхностью верхнего открытого конца внутренней кварцевой трубы 4 и верхней плитой 2 и между поверхностью нижнего открытого конца внутренней кварцевой трубы 4 и нижней плитой 3 соответственно заключены кольцеобразные прокладки 6. Таким образом, верхнее и нижнее отверстия внутренней кварцевой трубы 4 герметизированы от проникновения снаружи, а внутренность внутренней кварцевой трубы 4 функционирует как вакуумная камера 7. Внешняя кварцевая труба 5 установлена на верхнюю и нижнюю части внешней боковой поверхности внутренней кварцевой трубы 4 посредством кольцеобразных прокладок 8 и 9 и установочных элементов 10. Зазор между внешней боковой поверхностью внутренней кварцевой трубы 4 и внутренней боковой поверхностью внешней кварцевой трубы 5 функционирует как водяная рубашка 11 для охлаждения внутренности вакуумной камеры 7. С этой целью в нижнем установочном элементе 10 предусмотрен канал 12 подачи воды, а в верхнем установочном элементе 10 предусмотрен канал 13 выпуска воды водяной рубашки 11.

Расположенный на стороне анода электродный элемент 15 и расположенный на стороне катода электродный элемент 16 установлены на верхней и нижней плитах 2 и 3 посредством цилиндрических прокладок 14 так, что выступают в вакуумную камеру 7, причем величина их выступов регулируется. Расположенный на стороне анода электродный элемент 15 состоит из электропроводной трубчатой части 17, электропроводной заглушки 18, которая закрывает нижнее отверстие в трубчатой части 17, и колпачкового анода 19, посаженного на электропроводную заглушку 18. Поверхность "а" направленного вниз конца анода 19 выполнена в виде плоской поверхности. Расположенный на стороне катода электродный элемент 16 состоит из электропроводной трубчатой части 20, электропроводной заглушки 21, которая закрывает верхнее отверстие в трубчатой части 20, и колпачкового катода 22, посаженного на электропроводную заглушку 21. Поверхность "b" направленного вверх конца катода 22 выполнена в виде плоской поверхности и расположена напротив поверхности "а" направленного вниз конца анода 19. На внешнюю боковую поверхность катода 22 на его торце частично насажен кольцевой элемент 23, так что на поверхность "b" направленного вверх конца катода 22 можно помещать различные образцы. Кольцевой элемент 23 выполнен из токоизоляционного материала. В расположенных на стороне анода и стороне катода электродных элементах 15 и 16 внутри электропроводных трубчатых частей 17 и 20 соответственно расположены U-образные охлаждающие трубки 24 и 25, а изогнутые части охлаждающих трубок 24 и 25 поддерживаются в непосредственном контакте с электропроводными заглушками 18 и 21 соответственно. Таким образом, анод 19 и катод 22 охлаждаются через посредство электропроводных заглушек 18 и 21.

Для сообщения с вакуумной камерой 7 в нижней плите 2 предусмотрено проходящее сквозь нее вентиляционное отверстие 26 для воздуха, и с этим вентиляционным отверстием 26 для воздуха через трубопровод 27 соединена система 28 подачи газа. К трубопроводу 27 посредством еще одного трубопровода 29 подсоединен вакуумный насос 30. Электропроводные трубчатые части 17 и 20 расположенных на стороне анода и стороне катода электродных элементов 15 и 16 подсоединены к системе 33 подачи электропитания посредством питающих проводов 31 и 32 соответственно. К питающему проводу 32 расположенного на стороне катода электродного элемента 16 посредством питающего провода 35 подсоединено входное измерительное устройство 34, так что интегральное значение ΣU·I произведения U·I тока I и напряжения U, подаваемого из системы 33 подачи электропитания в промежуток между анодом 19 и катодом 22, а именно электрическая мощность Pi (Вт) в качестве энергии, на входе измеряется, исходя из этих тока I и напряжения U, входным измерительным устройством 34.

Канал 12 подачи воды водяной рубашки 11, а также концы для подачи воды охлаждающих трубок 24 и 25 подсоединены к системе 39 подачи охлаждающей воды посредством трубопроводов 36, 37 и 38. Канал 13 выпуска воды водяной рубашки 11, а также концы для выпуска воды охлаждающих трубок 15 и 16 подсоединены к выходному измерительному устройству 43 посредством трубопроводов 40, 41 и 42. Выходное измерительное устройство измеряет количества тепла охлаждающей воды в трех трубопроводах перед теплообменом и после него исходя из разности между температурами охлаждающей воды в контурах, чтобы получить суммарную рекуперированную тепловую мощность. В этом случае кпд теплорекуперации составляет 93% и поэтому выходное измерительное устройство 43 осуществляет калибровку для получения 100%-ного уменьшенного значения, а именно фактической выходной тепловой мощности Ро (Вт) в качестве выработанной тепловой энергии. Эту калибровку выполняют путем нагрева охлаждающей воды с помощью нагревателя для получения количества тепла, которыми обладает охлаждающая вода.

Входное и выходное измерительные устройства 34 и 43 соединены с арифметическим блоком 46 посредством трубопроводов 44 и 45 соответственно, так что электрическая мощность Pi (Вт), которая является энергией на входе, вычитается из тепловой мощности Ро (Вт), которая является выработанной тепловой энергией, чтобы получить избыточную тепловую мощность Ре (Вт) с помощью арифметического блока 46. Конкретный пример измерения избыточной тепловой мощности с использованием вышеупомянутого оборудования 1 будет описан ниже. Используемый катод 22 является катодом, который выполнен в виде пленки, имеющей толщину от 1 до 1000 μm из палладия, титана, ванадия, тантала, никеля и других подобных материалов, и имеет диаметр 9 мм и площадь поверхности 0,63585 см²; используемый анод 19 является анодом, который выполнен из молибдена и имеет диаметр 13 мм, а используемый газ под высоким давлением является газообразным дейтерием под высоким давлением.

ПРИМЕР 1

Для сброса давления внутри вакуумной камеры 7 задействовали откачивающий вакуумный насос 30. Затем задействовали систему 28 подачи газа под давлением для ввода газообразного дейтерия под высоким давлением в вакуумную камеру 7, поддерживая тем самым внутренность вакуумной камеры 7 при давлении от 4 до 10 Торр. Чтобы вызвать протекание охлаждающей воды через водяную рубашку 11 и охлаждающие трубки 24 и 25, задействовали систему 39 подачи охлаждающей воды.

Для формирования аномального тлеющего разряда между анодом 19 и катодом 22 задействовали систему 33 подачи электропитания. На фиг.2А и 2В показана зависимость между временем и напряжением, а также зависимость между временем и током в системе 33 подачи электропитания. Ток является импульсным током прямоугольной волны, имеющим период импульсов от 50 Гц до 10 кГц и коэффициент заполнения от 0,05 до 0,5.

Электрическую мощность Pi (Вт) измеряли с помощью входного измерительного устройства 34, а электрическую мощность Ро (Вт) измеряли с помощью выходного измерительного устройства 43. Затем определяли избыточную тепловую мощность Pe=Po-Pi с помощью арифметического блока 46.

Тот же способ, что и описанный выше, реализовали с изменением тока I и напряжения U системы 33 подачи электропитания, чтобы получить избыточную тепловую мощность Ре.

Результаты измерения приведены в таблице 1. Избыточный кпд η в таблице 1 означает кпд, полученный с помощью уравнения η=(Po/Pi)х100 (%) Камера означает вакуумную камеру 7.

Как очевидно из таблицы 1, в соответствии с вышеописанным способом можно увеличить избыточную тепловую мощность Ре и можно значительно увеличить кпд η, а кроме того, воспроизводимость является хорошей.

Если время одного цикла представляется величиной Т_с, а время выдачи в таком одном цикле представляется величиной Т_ON, то коэффициент заполнения представляется величиной Т_с/Т_ON, которая приемлема в диапазоне от 0,05 до 0,5.

ПРИМЕР 2

За исключением того что в качестве напряжения и тока в системе 33 подачи электропитания использовали напряжение и ток выпрямленной синусоидальной волны частотой 50 Гц, как показано на фиг.3А и 3В, выполняли работу, аналогичную работе в Примере 1, чтобы определить электрическую мощность Pi, выходную тепловую мощность Ро, избыточную тепловую мощность Ре и кпд η, как в примере 1. Результаты измерения приведены в таблице 2.

В случае примера 2 избыточная тепловая мощность Ре вырабатывалась, как в примере 1, но избыточный кпд η ниже по сравнению с примером 1.

ПРИМЕР 3

За исключением того что в качестве напряжения и тока в системе 33 подачи электропитания использовали напряжение и ток выпрямленной синусоидальной волны частотой 50 Гц, как показано на фиг.4А и 4В, выполняли работу, аналогичную работе в примере 1, чтобы определить электрическую мощность Pi, выходную тепловую мощность Ро, избыточную тепловую мощность Ре и кпд η, как в примере 1. Результаты измерения приведены в таблице 3.

В случае примера 3 избыточная тепловая мощность Ре вырабатывалась, как в примере 1, но была ниже по сравнению с примером 1.

В Примерах 1-3 плотность катодного тока предпочтительно равна или превышает 1 мА/см².

Фиг. 5 иллюстрирует входную систему в оборудовании 1 для формирования тлеющего разряда. Эта электрическая схема использована для выполнения примера 1.

Система 33 подачи электропитания включает в себя автоматический трансформатор 47 (0-300 В и 2 кВт), трансформатор 48 (1:1,2 кВт), выпрямитель 49 (10 А и 5000 В), конденсатор 50 (10 А и 5000 В), импульсный генератор 51, резистор 52 (500 Ом и низкая индуктивность), шунт 53 (0-1 А, 0-10 А, 5 Ом и 0,5 Ом) и измерительный компьютер 54.

На фиг.6 приведен пример труб и проводки в выходной системе в оборудовании 1 для формирования тлеющего разряда. Система 28 подачи газа под высоким давлением включает в себя газовый цилиндр 67, золотниковый газораспределитель 68, регулятор 69, манометр 70 газа под высоким давлением, манометр 71 газа под низким давлением, газоочищающее устройство 72 и контроллер 73 массового расхода газа. Позиция 74 обозначает золотниковый распределитель откачивающего вакуумного насоса 30. Система 39 подачи охлаждающей воды включает в себя источник 75 охлаждающей воды, золотниковый водораспределитель 76, манометр 77 воды под пониженным давлением, водяной фильтр 78, устройство 79 создания напора воды, клапанный регулятор 80 воды, турбинный измеритель 81 (0-10 г/сек), шланговый изолятор 82 (d=10 мм и L=4 м), вторичное турбинное измерительное устройство 83 и цифровой преобразователь 84 постоянного тока для турбинного измерителя. Выходное измерительное устройство 43 включает в себя шланговый изолятор 45 (d=5 мм и L=0,6 м), дифференциальный термометр 86, имеющий комплект частей "с" и "d" для измерения температуры, сенсорный преобразователь 87 давления, катодную термопару 88, вторичное сенсорное устройство 89 измерения давления, датчик 90 давления (0-30 Торр (0-4 кПа)), источник питания 92 термометра, автоматический регистратор 93, преобразователь 94 термометра, вольтметр 95 (постоянный ток, 0-50 В), амперметр 96 (постоянный ток 0-5 А), стабилизированный источник питания 97 нагревателя (постоянный ток, 0-50 В, 0-5 А и 250 Вт) и преобразователь 98 термопары. Система выпуска воды включает в себя градуированный цилиндр 99 и устройство 100 для создания напора воды. Арифметический блок 46, показанный на фиг. 5, показан и на фиг.6.

Настоящее изобретение также можно реализовать в атмосфере газообразного водорода, гелия или аргона.

Claims

1. Способ выработки тепловой энергии, по которому размещают анод и катод друг против друга в вакуумной камере, отличающийся тем, что поддерживают внутренность вакуумной камеры в одной из атмосфер водорода, дейтерия, гелия и аргона и формируют тлеющий разряд между анодом и катодом, одновременно допуская прохождение импульсного тока, имеющего форму прямоугольной волны, между анодом и катодом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что импульсный ток имеет коэффициент заполнения в диапазоне 0,05-0,5.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что плотность катодного тока равна или превышает 1 мА/см².

4. Способ по любому из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что крутой, скошенный приподнятый участок, имеющий пиковое значение тока, возникает непосредственно перед концом периода времени выдачи в каждой из форм прямоугольной волны импульсного тока.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что импульсный ток уменьшают до уровня, равного или меньшего, чем 10% пикового значения тока в период времени 40 μс или меньше от конца периода времени выдачи.