RU2262793C2 - Electrical energy generation process - Google Patents
Electrical energy generation process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2262793C2 RU2262793C2 RU2002134362/15A RU2002134362A RU2262793C2 RU 2262793 C2 RU2262793 C2 RU 2262793C2 RU 2002134362/15 A RU2002134362/15 A RU 2002134362/15A RU 2002134362 A RU2002134362 A RU 2002134362A RU 2262793 C2 RU2262793 C2 RU 2262793C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric
- arc
- electrodes
- field
- ions
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение основано на взаимодействии электрических зарядов, которым обладают, образующие любое вещество, частицы (электроны, протоны, ионы, радикалы) и может быть использовано для производства электроэнергии, в качестве энергосиловых устройств на транспорте, в электрохимических производствах различных веществ, кристаллов, материалов.The invention is based on the interaction of electric charges possessed by particles that form any substance (electrons, protons, ions, radicals) and can be used to generate electricity, as energy-powered devices in transport, in electrochemical production of various substances, crystals, materials.
Известно множество аналогов, позволяющих путем электролиза, получать всевозможные вещества, химические соединения, материалы. Электролизом воды получают компоненты экологически чистого водородно-кислородного топлива [1, 2, 3], которое сжигают, преобразуя в электроэнергию (тепловые электростанции).There are many analogues that allow by electrolysis to obtain all kinds of substances, chemical compounds, materials. The electrolysis of water produces components of environmentally friendly hydrogen-oxygen fuel [1, 2, 3], which is burned by converting into electricity (thermal power plants).
Основные недостатки аналогов: значительно больший расход энергии на электролиз воды, чем получают при сжигании производимых компонентов топлива; водородно-кислородное топливо обладает повышенной взрывоопасностью, т.к. образует "гремучий газ"; сложность технологической схемы топливоэлектрического производства делает низким общий коэффициент полезного действия и требует большого расхода топлива; водородотопливная технология требует колоссальных инвестиций, т.к. необходимо строительство заводов по производству водородного топлива и сети специальных заправочных станций.The main disadvantages of analogues: a significantly higher energy consumption for water electrolysis than is obtained by burning the produced fuel components; hydrogen-oxygen fuel has an increased explosion hazard, because forms "explosive gas"; the complexity of the technological scheme of fuel-electric production makes the overall efficiency low and requires high fuel consumption; hydrogen fuel technology requires huge investments, as it is necessary to build factories for the production of hydrogen fuel and a network of special gas stations.
Наиболее близким изобретением, выбранным в качестве прототипа, является магнитодинамический автоэлектролиз [4], вырабатывающий экологически чистое водородно-кислородное топливо, преобразуемое в электроэнергию по традиционной схеме теплоэлектростанции.The closest invention, selected as a prototype, is magnetodynamic auto-electrolysis [4], which produces environmentally friendly hydrogen-oxygen fuel, converted into electricity according to the traditional scheme of a thermal power plant.
Осуществляют прототип следующим образом. На систему, содержащую поляризующиеся электроды и электрически заряженную среду, состоящую из обладающих электрическим зарядом частиц (ионов) диссоциированного электролита и молекул ионизируемого рабочего вещества - воды, воздействуют магнитным полем, ортогональным направлению вращения, вращающимся в плоскости, параллельной принимающим ионы поверхностям электродов. Благодаря этому, создают относительное движение ионов электрически заряженной среды в магнитном поле, перпендикулярном направлению движения. На разнополярные ионы, движущиеся относительно магнитного поля, действует сила Лоренца, ортогональная вектору магнитной индукции и скорости относительного движения, разводящая разноименно заряженные ионы в противоположные стороны на противоположно поляризующиеся электроды. При достаточных значениях линейной скорости относительного движения зарядов и магнитной индукции поля, разность потенциалов между электродами достигает напряжения разложения воды, что приводит к возникновению электрического тока в зарядоэлектрической среде между поляризующимися электродами и электролизу воды. Рекомбинируемые на электродах продукты электролиза - водород и кислород выводят из зарядоэлектрической системы, сжигают, преобразуя по теплоэлектрической схеме в тепловую энергию, в механическую, а затем в электроэнергию.Carry out a prototype as follows. A system containing polarizing electrodes and an electrically charged medium, consisting of electrically charged particles (ions) of a dissociated electrolyte and molecules of an ionizable working substance - water, is exposed to a magnetic field orthogonal to the direction of rotation, rotating in a plane parallel to the receiving electrode surfaces. Due to this, a relative motion of ions of an electrically charged medium is created in a magnetic field perpendicular to the direction of motion. Bipolar ions moving relative to a magnetic field are affected by the Lorentz force, orthogonal to the vector of magnetic induction and relative motion velocity, spreading oppositely charged ions in opposite directions to oppositely polarized electrodes. With sufficient values of the linear velocity of the relative motion of the charges and the magnetic induction of the field, the potential difference between the electrodes reaches the voltage of water decomposition, which leads to the appearance of an electric current in the charge-electric medium between the polarized electrodes and the electrolysis of water. The electrolysis products that are recombined at the electrodes — hydrogen and oxygen — are removed from the charge-electric system, burned, and converted into thermal energy, mechanical energy, and then electric energy according to the thermoelectric circuit.
Прототип обладает несколько лучшими энергетическими характеристиками в сравнении с традиционным электролизом, но сложнее в технической реализации.The prototype has slightly better energy characteristics compared to traditional electrolysis, but is more difficult in technical implementation.
Задачей, предлагаемого способа производства энергии, использующего энергию взаимодействия электрических зарядов, является устранение вышеуказанных недостатков прототипа.The objective of the proposed method for the production of energy using the energy of interaction of electric charges is to eliminate the above disadvantages of the prototype.
Это достигается тем, что осуществляют ионизацию инертного газа в герметичном объеме с пониженным давлением порядка 10-100 Па с помощью электрической дуги в электрическом поле, ортогонально направленном к электрическому полю дуги, этим полем выводят электроны из электрической дуги, ускоряют их, формируют электронный луч, направляя его на отрицательно поляризующийся электрод, положительно поляризуют положительными ионами ионизированного газа катод электрической дуги, создавая во внешней электрической цепи между противоположно поляризующимися электродами электрический ток, передающий электроэнергию потребителю, и вновь подвергают ионизации рекомбинированный газ.This is achieved by the fact that the inert gas is ionized in a sealed volume with a reduced pressure of about 10-100 Pa using an electric arc in an electric field orthogonally directed to the electric field of the arc, electrons are removed from the electric arc by this field, accelerate them, form an electron beam, directing it to a negatively polarized electrode, they positively polarize the cathode of the electric arc by positive ions of ionized gas, creating an opposite polarization between the By using electrodes, the electric current transfers electric energy to the consumer, and the recombined gas is again subjected to ionization.
В известном способе, где в зарядоэлектрической системе, содержащей принимающие ионы поляризующиеся электроды и зарядосодержащую среду, состоящую из разнополярных ионов диссоциированного электролита и молекул воды, действуют вращающимся в параллельной поляризующимся электродам плоскости магнитным полем, ортогональным направлению вращения, вызывающим поляризацию электродов разнополярными ионами зарядосодержащей среды и электролиз молекул воды, под воздействием разности потенциалов между поляризующимися электродами, с получением компонентов водородно-кислородного топлива. При этом ионизация молекул воды и рекомбинация ионов в атомы производится разностью потенциалов между электродами, создаваемой разнополярными ионами зарядосодержащей среды за счет энергии вращающегося магнитного поля. Следовательно, в известном способе энергия электрического заряда ионизированных молекул воды не используется, а, наоборот, на компенсацию зарядов ионов воды зарядами ионов, поляризующих электроды, затрачивается энергия вращающегося магнитного поля. Водородно-кислородное топливо сжигают, преобразуя по сложной и энергетически малоэффективной теплоэлектрической схеме в электроэнергию.In the known method, where in a charge-electric system containing polarized electrodes receiving ions and a charge-containing medium, consisting of bipolar ions of a dissociated electrolyte and water molecules, a magnetic field rotates in a plane parallel to the polarizing electrodes, orthogonal to the direction of rotation, causing polarization of the electrodes by bipolar ions and a charge-containing medium electrolysis of water molecules, under the influence of a potential difference between polarizing electrodes, with obtaining components of hydrogen-oxygen fuel. In this case, the ionization of water molecules and the recombination of ions into atoms is performed by the potential difference between the electrodes created by the bipolar ions of the charge-containing medium due to the energy of a rotating magnetic field. Therefore, in the known method, the energy of the electric charge of ionized water molecules is not used, but, on the contrary, the energy of a rotating magnetic field is expended on the compensation of charges of water ions by the charges of ions polarizing the electrodes. Hydrogen-oxygen fuel is burned, converting in a complex and energy-ineffective thermoelectric circuit into electricity.
По предлагаемому способу в известной зарядоэлектрической системе, содержащей рабочее вещество и поляризующиеся электроды, но по способу рабочее вещество представляет собой инертный газ, чтобы снизить эрозию электродов и затраты энергии на ионизацию. Зарядоэлектрическая система содержит: электроды - анод и катод электрической дуги; электроды электрического поля, ортогонально направленного к электрическому полю дуги; поляризующиеся электроды, соединенные с катодом электрической дуги внешней электрической цепью, включающей в себя потребителей электроэнергии. Ионизируют рабочее вещество в герметичном объеме с пониженным давлением порядка 10-100 Па (чтобы снизить вероятность столкновения электронов с нейтральными атомами и молекулами рабочего вещества и соответственно уменьшить потери энергии электронов) с помощью электрической дуги в ортогонально направленном к электрическому полю дуги электрическом поле. Этим полем выводят электроны из электрической дуги, ускоряют их, формируют электронный луч и направляют его на поляризующийся электрод, поляризуя его отрицательно. Положительные ионы ионизированного рабочего вещества идут к катоду электрической дуги, создавая на нем избыток положительных зарядов, поляризуя катод положительно. Между положительно и отрицательно поляризующимися электродами, соединенными внешней электрической цепью, идет электрический ток, передающий электрическую энергию потребителям в электрической цепи, а также на положительно поляризующемся электроде электрический ток взаимно компенсирует положительные заряды ионов, превращая их в атомы и молекулы рабочего вещества, которое вновь подвергается ионизации электрической дугой.According to the proposed method, in the known charge-electric system containing a working substance and polarizing electrodes, but according to the method, the working substance is an inert gas in order to reduce erosion of the electrodes and energy costs for ionization. The charge-electric system contains: electrodes - anode and cathode of an electric arc; electrodes of an electric field orthogonally directed to the electric field of the arc; polarizing electrodes connected to the cathode of the electric arc by an external electric circuit, including electricity consumers. The working substance is ionized in a sealed volume with a reduced pressure of the order of 10-100 Pa (in order to reduce the probability of collision of electrons with neutral atoms and molecules of the working substance and, accordingly, to reduce the energy loss of electrons) using an electric arc in an electric field orthogonally directed to the electric field of the arc. This field removes electrons from the electric arc, accelerates them, forms an electron beam and directs it to a polarizing electrode, polarizing it negatively. Positive ions of the ionized working substance go to the cathode of the electric arc, creating an excess of positive charges on it, polarizing the cathode positively. Between positively and negatively polarized electrodes connected by an external electric circuit, an electric current passes, which transfers electric energy to consumers in the electric circuit, and also on a positively polarized electrode, the electric current mutually compensates for the positive charges of ions, turning them into atoms and molecules of the working substance, which again undergoes ionization by an electric arc.
Сущность предлагаемого способа производства энергии заключается в ионизации рабочего вещества, например, газообразной смеси инертного газа и веществ с малой работой выхода электронов, в герметичном объеме при пониженном давлении порядка 10-100 Па с помощью электрической дуги в ортогонально направленном к электрическому полю дуги электрическом поле. Под воздействием этих электрических полей рабочее вещество ионизируют и разделяют на положительные ионы и отрицательные электроны. В результате нейтральное рабочее вещество превращают в заряженную плазму, обладающую колоссальной электрической энергией, на много порядков превосходящую тепловую энергию плазмы. Направляемые электрическими полями ионы приходят на поляризующиеся электроды, соответственно поляризуя электроды своими зарядами. Поляризующиеся электроды соединены внешней электрической цепью, по которой в результате взаимодействия электрических зарядов идет электрический ток, передающий по электрической цепи потребителям электроэнергию, пропорциональную произведению силы тока на разность потенциалов между противоположно поляризующимися электродами. Так преобразуют электростатическую энергию заряженной плазмы в электроэнергию. Кроме того, электрический ток взаимно компенсирует на катоде электрической дуги положительные заряды ионов, рекомбинируя их в атомы, соединяющиеся в молекулы рабочего вещества, которое вновь подвергается ионизации и превращению в заряженную плазму. Следовательно, рабочее вещество по предлагаемому способу практически не расходуется, не образуются отходы, свойственные топливо сжигающей энергетике, в том числе, прототипу.The essence of the proposed method of energy production is the ionization of a working substance, for example, a gaseous mixture of inert gas and substances with a small electron work function, in a sealed volume under reduced pressure of about 10-100 Pa using an electric arc in an electric field orthogonally directed to the electric field of the arc. Under the influence of these electric fields, the working substance is ionized and separated into positive ions and negative electrons. As a result, the neutral working substance is converted into a charged plasma, which has tremendous electrical energy, many orders of magnitude higher than the thermal energy of the plasma. Ions directed by electric fields arrive at polarizing electrodes, respectively polarizing the electrodes with their charges. Polarizing electrodes are connected by an external electric circuit, through which an electric current flows as a result of the interaction of electric charges, transmitting electricity to consumers proportional to the product of the current by the potential difference between the oppositely polarized electrodes. Thus, the electrostatic energy of a charged plasma is converted into electricity. In addition, the electric current mutually compensates for the positive charges of ions at the cathode of the electric arc, recombining them into atoms that combine into molecules of the working substance, which again undergoes ionization and transformation into a charged plasma. Therefore, the working substance of the proposed method is practically not consumed, the waste inherent in the fuel burning energy, including the prototype, is not generated.
Предлагаемый способ осуществляют в зарядоэлектрической системе, содержащей: рабочее вещество в виде газообразной смеси инертного газа и веществ с малой работой выхода электронов, в герметичном объеме при пониженном давлении порядка 10-100 Па; электроды - анод и катод электрической дуги; электроды ортогонально направленного к электрическому полю дуги электрического поля и поляризующиеся электроды, соединенные с катодом электрической дуги внешней электрической цепью, включающей в себя потребителей электроэнергии. В этой системе электрической дугой ионизируют рабочее вещество и действуют электрическим полем, ортогонально направленным к электрическому полю дуги. Под действием электрического поля дуги электроны устремляются к аноду, а положительные ионы - к катоду. Взаимодействуя с ортогональным электрическим полем, электроны будут выходить из электрической дуги. Под действием взаимно ортогональных электрических сил траектория движения электронов искривляется в направлении результирующей силы. Электроны выходят из зоны действия поля электрической дуги и остаются в зоне действия ортогонального электрического поля. Другая часть электронов дуги при соответствующем расстоянии между электродами дуги и соотношении напряженностей электрического поля дуги и ортогонального поля будет попадать на анод дуги, поддерживая процесс электрической дуги. Ионы рабочего вещества с положительным зарядом, обладающие массой в тысячи раз большей, чем электрон под воздействием поля электрической дуги и ортогонального электрического поля практически не изменят своей траектории и будут большей частью попадать на катод дуги, поляризуя его положительно. Следовательно, регулируя напряженности ортогонального поля и поля электрической дуги, а также расстояние между электродами дуги, получают требуемое количество и концентрацию носителей зарядов в зарядоэлектрической среде - заряженной плазме зарядоэлектрической системы. С каждой обладающей электрическим зарядом частицей (ионом) взаимодействует ортогональное электрическое поле, вызывая ускоренное движение иона по траектории, определяемой его зарядомассовой характеристикой и напряженностью поля. Разнополярные ионы движутся в разных направлениях на противоположно поляризующиеся электроды, происходит разделение нейтрального рабочего вещества на положительно и отрицательно заряженную плазму в пространстве полей зарядоэлектрической системы. Ионы одинаковой полярности, двигаясь в одном направлении, сближаются друг с другом под действием силы Лоренца, образуя пучок заряженных частиц, увеличивая суммарный потенциал ансамбля одноименно заряженных ионов, передаваемый поляризующемуся электроду. Пониженное давление рабочего вещества (порядка 10-100 Па) уменьшает вероятность столкновения иона с нейтральной частицей, что существенно снижает потери энергии пучка заряженных частиц. Между поляризующимися электродами образуется разность потенциалов, эквивалентная сумме энергий: энергии взаимодействия ансамбля одноименно заряженных в одном направлении движущихся ионов и получаемой ионами энергии от полей зарядоэлектрической системы (первая составляющая может быть на несколько порядков больше второй в зависимости от зарядомассовых характеристик ионов заряженной плазмы и напряженности полей). Под действием разности потенциалов между поляризующимися электродами в соединяющей их внешней электрической цепи создается постоянный или промышленной частоты (рабочая частота ортогонального поля зарядоэлектрической системы) электрический ток, передающий потребителям электроэнергию, пропорциональную квадрату значения силы тока в электрической цепи. Электрический ток также взаимно компенсирует заряды на катоде электрической дуги, рекомбинируя положительные ионы в соответствующие атомы, соединяющиеся в молекулы, рабочего вещества, вновь подвергающегося ионизации электрической дугой в ортогональном электрическом поле.The proposed method is carried out in a charge-electric system, comprising: a working substance in the form of a gaseous mixture of inert gas and substances with a small electron work function, in an airtight volume under reduced pressure of about 10-100 Pa; electrodes - anode and cathode of an electric arc; electrodes of an electric field arc orthogonally directed to the electric field; and polarizing electrodes connected to the cathode of the electric arc by an external electric circuit including electric consumers. In this system, the working substance is ionized by an electric arc and act by an electric field orthogonally directed to the electric field of the arc. Under the influence of the electric field of the arc, electrons rush to the anode, and positive ions - to the cathode. Interacting with the orthogonal electric field, the electrons will exit the electric arc. Under the influence of mutually orthogonal electric forces, the electron path bends in the direction of the resulting force. Electrons leave the zone of action of the field of the electric arc and remain in the zone of action of the orthogonal electric field. Another part of the electrons of the arc with the appropriate distance between the electrodes of the arc and the ratio of the electric field strength of the arc and the orthogonal field will fall on the anode of the arc, supporting the process of electric arc. Ions of a working substance with a positive charge, having a mass thousands of times larger than an electron under the influence of an electric arc field and an orthogonal electric field, will practically not change their trajectory and will mostly hit the cathode of the arc, polarizing it positively. Therefore, by adjusting the strength of the orthogonal field and the field of the electric arc, as well as the distance between the electrodes of the arc, the required number and concentration of charge carriers in the charge-electric medium — the charged plasma of the charge-electric system — are obtained. An orthogonal electric field interacts with each particle (ion) having an electric charge, causing an accelerated movement of the ion along the trajectory determined by its charge-mass characteristic and field strength. Bipolar ions move in different directions to oppositely polarized electrodes, the neutral working substance is divided into positively and negatively charged plasma in the field space of the charge-electric system. Ions of the same polarity, moving in the same direction, approach each other under the action of the Lorentz force, forming a beam of charged particles, increasing the total potential of the ensemble of the same charged ions, transmitted to the polarizing electrode. A reduced pressure of the working substance (of the order of 10-100 Pa) reduces the probability of an ion colliding with a neutral particle, which significantly reduces the energy loss of a beam of charged particles. A potential difference is formed between the polarizing electrodes, which is equivalent to the sum of energies: the interaction energy of an ensemble of moving ions of the same charge in one direction and the energy received by the ions from the fields of the charge-electric system (the first component can be several orders of magnitude larger than the second, depending on the charge-mass characteristics of the charged plasma ions and field strength ) Under the action of the potential difference between the polarizing electrodes, a constant or industrial frequency (the working frequency of the orthogonal field of the charge-electric system) is generated in the external electric circuit connecting them, transmitting electricity to consumers proportional to the square of the current in the electric circuit. The electric current also mutually compensates for the charges at the cathode of the electric arc, recombining positive ions into the corresponding atoms, connecting into a molecule of a working substance, again subjected to ionization by an electric arc in an orthogonal electric field.
Сравним предлагаемую и известную технологии. Производство электроэнергии по предлагаемому способу существенно эффективнее в сравнении с производством электроэнергии по технологической схеме прототипа, где водородно-кислородное топливо получают из воды магнитодинамическим автоэлектролизом. Его коэффициент полезного действия (КПД) меньше "1". Сжигая топливо, преобразуют в электроэнергию по традиционной схеме (котел - турбина - электрогенератор, т.е. тепловая энергия - механическая энергия - электричество). КПД каждого такого преобразования меньше "1", поэтому общий КПД всей технологической схемы прототипа не превышает 0,2.Compare the proposed and known technology. Electricity production by the proposed method is much more efficient in comparison with electric energy production according to the technological scheme of the prototype, where hydrogen-oxygen fuel is obtained from water by magnetodynamic auto-electrolysis. Its coefficient of performance (COP) is less than "1". Burning fuel, it is converted into electricity according to the traditional scheme (boiler - turbine - electric generator, i.e. thermal energy - mechanical energy - electricity). The efficiency of each such conversion is less than "1", so the overall efficiency of the entire technological scheme of the prototype does not exceed 0.2.
Соотношение полученной предлагаемым способом энергии к затраченной на ионизацию и управление движением ионов можно получить "10" и более в ортогональном поле напряженностью порядка 100 кВ/м. Высокие энергетические показатели зарядоэлектрической технологии обусловлены тем, что в производстве электроэнергии используется собственная энергия электрических зарядов, которой сосредоточено в веществе на ионном уровне порядка 1030 Дж на моль вещества. Сжигание (окисление) водородного топлива дает 287 кДж энергии на моль или 143,6 МДж на 1 кг, условное углеводородное топливо на 1 кг дает 29,3 МДж энергии, плюс пепел, золу, различные окислы углерода, в том числе, токсичные. Известными ядерными реакциями расщепления или синтеза получают порядка 1014-1015 Дж энергии на 1 кг соответствующего ядерного топлива, плюс радиоактивные отходы, заражающие экологическую среду. Для производства энергии предлагаемым способом по зарядоэлектрической технологии необходимо ионизировать вещество, а затем с помощью ортогонального электрического поля перегруппировать облако нейтральной плазмы, состоящей из разнополярных ионов, в пучки плазмы одноименно заряженных ионов. На это затрачивается энергия, пропорциональная суммарному электрическому заряду образованных, а затем перегруппированных ионов. Собственная энергия взаимодействия перегруппированных разнополярных ионов пропорциональна произведению значений их электрических зарядов (квадратичная зависимость), что при большом количестве взаимодействующих ионов дает выигрыш примерно на порядок числа взаимодействующих ионов. (Например, затраты энергии на 1000 пар ионов 1000+1000=2000 условных единиц. Их собственная энергия взаимодействия электрических зарядов 1000х1000=1000000 условных единиц). Энергия поля, затрачиваемая на перегруппировку ионов, вместе с энергией взаимодействия ионов, преобразуется в разность потенциалов между поляризующимися электродами и передается электрическим током потребителям в электрической цепи, соединяющей поляризующиеся электроды. Рекомбинированное рабочее вещество вновь подвергается ионизации, а не сжигается, как в прототипе, превращаясь в отходы, загрязняющие, отравляющие окружающую среду. Процесс ионизации - рекомбинации рабочего вещества по предлагаемому способу может производиться неограниченное число раз, поэтому рабочее вещество практически не расходуется не образуются отходы, свойственные топливосжигающей энергетике.The ratio of the energy received by the proposed method to the spent on ionization and control the movement of ions can be obtained "10" or more in an orthogonal field with a strength of the order of 100 kV / m. High energy indicators of the charge-electric technology are due to the fact that the electric energy uses its own energy of electric charges, which is concentrated in a substance at an ionic level of about 10 30 J per mole of substance. The combustion (oxidation) of hydrogen fuel gives 287 kJ energy per mole or 143.6 MJ per 1 kg, conventional hydrocarbon fuel per 1 kg gives 29.3 MJ energy, plus ash, ash, various carbon oxides, including toxic ones. Known nuclear fission or fusion reactions produce about 10 14 -10 15 Joules of energy per 1 kg of the corresponding nuclear fuel, plus radioactive waste contaminating the environment. To produce energy by the proposed method using charge-electric technology, it is necessary to ionize the substance, and then, using an orthogonal electric field, rearrange the cloud of neutral plasma, consisting of heteropolar ions, into plasma beams of the same charged ions. This requires energy proportional to the total electric charge of the formed and then rearranged ions. The intrinsic energy of interaction of rearranged bipolar ions is proportional to the product of the values of their electric charges (quadratic dependence), which with a large number of interacting ions gives a gain of about an order of magnitude of the number of interacting ions. (For example, the energy cost per 1000 pairs of ions is 1000 + 1000 = 2000 conventional units. Their own energy of interaction of electric charges is 1000x1000 = 1,000,000 conventional units). The field energy spent on the rearrangement of ions, together with the interaction energy of the ions, is converted into the potential difference between the polarizing electrodes and transmitted by electric current to consumers in the electrical circuit connecting the polarized electrodes. The recombinant working substance is again subjected to ionization, and not burned, as in the prototype, turning into waste polluting, poisoning the environment. The ionization process - recombination of the working substance according to the proposed method can be carried out an unlimited number of times, therefore, the working substance is practically not consumed, waste products characteristic of fuel-burning energy are not formed.
Пример технической реализации предлагаемого способа производства энергии. Ионизацию рабочего вещества с помощью электрической дуги в ортогональном электрическом поле осуществляют в герметичном объеме с пониженным давлением рабочего вещества (порядка 10-100 Па), чтобы уменьшить рассеяние электронной плазмы на молекулах и атомах рабочего вещества, но должны быть условия для создания рабочего тока электрической дуги порядка 100 ампер и более. Ортогональным электрическим полем выводят из электрической дуги электроны и ускоряют их. Из облака электронной плазмы формируют электронный луч методом "электронной пушки" (сквозное отверстие в электроде, создающем электрическое поле, ортогонально направленное к электрическому полю дуги. Из этого отверстия вылетают электроны со скоростью порядка 107 м/с при напряженности ортогонального поля порядка 100 кВ/м) и направляют луч на поляризующийся электрод, отрицательно поляризуя его. Электрические заряды электронного луча создают на поляризующемся электроде электрический потенциал φ (grad φ=-Е; 
Положительные ионы в электрической дуге, обладающие массой в тысячи раз большей, чем электроны, практически не изменяют направления своего движения под действием ортогонального электрического поля "электронной пушки" и приходят на катод электрической дуги, поляризуя его положительными зарядами.Positive ions in an electric arc, having a mass thousands of times greater than electrons, practically do not change their direction of motion under the action of the orthogonal electric field of the “electron gun” and come to the cathode of the electric arc, polarizing it with positive charges.
Между положительно и отрицательно поляризованными электродами создается разность потенциалов, под действием которой по электрической цепи, соединяющей противоположно поляризующиеся электроды идет электрический ток. Сила тока в цепи практически равна силе тока электронного луча "электронной пушки". Полная мощность, передаваемая в электрическую цепь пропорциональна квадрату силы тока и электрическому сопротивлению цепи (S=Ip 2ZH=IpUp, где Ip - сила тока в цепи в рабочем режиме; ZH - сопротивление нагрузки потребителей электроэнергии в электрической цепи; Up=IpZH - рабочее напряжение в электрической цепи). В результате электрического тока между противоположно поляризующимися электродами происходит рекомбинация положительных ионов на катоде электрической дуги в атомы и молекулы рабочего вещества, которое вновь подвергается ионизации.A potential difference is created between positively and negatively polarized electrodes, under the influence of which an electric current flows through the electric circuit connecting the oppositely polarized electrodes. The current strength in the circuit is almost equal to the current strength of the electron beam of the "electron gun". The total power transmitted to the electric circuit is proportional to the square of the current strength and the electric resistance of the circuit (S = I p 2 Z H = I p U p , where I p is the current strength in the circuit in operating mode; Z H is the load resistance of consumers of electric energy in the electric circuit; U p = I p Z H - operating voltage in the electrical circuit). As a result of the electric current between the oppositely polarized electrodes, the positive ions recombine at the cathode of the electric arc into atoms and molecules of the working substance, which again undergoes ionization.
Максимальный коэффициент полезного действия предлагаемого источника электроэнергии, рассчитываемый как для генератора тока, составляет 0,5 при ZH=Zi - внутреннее сопротивление источника тока, определяемое отношением разности потенциалов между поляризующимися электродами к силе тока электронного луча в оптимальном режиме.The maximum efficiency of the proposed source of electricity, calculated as for a current generator, is 0.5 at Z H = Z i is the internal resistance of the current source, determined by the ratio of the potential difference between the polarizing electrodes to the current strength of the electron beam in the optimal mode.
Коэффициент полезного действия, рассчитываемый как соотношение производимой электрическими зарядами работы к затрачиваемой по способу энергии на ионизацию рабочего вещества, управление плазмой и формирование электронного луча будет порядка 10, при длине электронной пушки 0,1 м и анодном напряжении 10 кВ, длине электронного луча 1 м и Up=100 кВ. При тех же параметрах "электронной пушки", но длине электронного луча 10 м и Up=1000 кВ, КПД будет порядка 100.The efficiency calculated as the ratio of the work performed by electric charges to the energy expended by the method for ionizing the working substance, plasma control and electron beam formation will be of the order of 10, with an electron gun length of 0.1 m and an anode voltage of 10 kV, an electron beam length of 1 m and U p = 100 kV. With the same parameters of the "electron gun", but the length of the electron beam is 10 m and U p = 1000 kV, the efficiency will be about 100.
Устройство по предлагаемому способу, например, для получения однофазного переменного тока может быть следующим. Герметичная емкость, например, в форме цилиндра, выполненная из диэлектрического материала, заполнена рабочим веществом по предлагаемому способу. В торцах емкости размещены поляризующиеся электроды, в центре емкости - электроды электрической дуги. Около электродов электрической дуги, примерно на 1/10 части расстояния между поляризующимися электродами и электродами дуги, установлены электроды электрического поля, ортогонально направленного к электрическому полю дуги. Поляризующиеся электроды подключены к противоположным концам первичной обмотки трансформатора. Средняя точка первичной обмотки соединена с катодом электрической дуги и заземлена. Примерно к 1/10 части первичной обмотки, симметрично относительно нулевой точки и противофазно поляризующимся электродам подключены электроды электрического поля, ортогонально направленного к электрическому полю дуги. Между концами первичной обмотки и средней точкой включены конденсаторы, обеспечивающие резонанс на рабочей частоте переменного тока. С вторичной обмоткой трансформатора через тиристорный преобразователь напряжения соединен анод электрической дуги. Вторичная обмотка трансформатора включена в сеть потребителей электроэнергии.The device according to the proposed method, for example, to obtain a single-phase alternating current may be as follows. A sealed container, for example, in the form of a cylinder, made of a dielectric material, is filled with a working substance according to the proposed method. Polarizing electrodes are placed at the ends of the capacitance, and electrodes of the electric arc are located in the center of the capacitance. Near the electrodes of the electric arc, about 1/10 of the distance between the polarizing electrodes and the electrodes of the arc, electrodes of an electric field are installed, orthogonally directed to the electric field of the arc. Polarizing electrodes are connected to opposite ends of the transformer primary winding. The midpoint of the primary winding is connected to the cathode of the electric arc and is grounded. About 1/10 of the primary winding, symmetrically with respect to the zero point and antiphase polarizing electrodes, electrodes of an electric field connected orthogonally to the electric field of the arc are connected. Between the ends of the primary winding and the midpoint, capacitors are included that provide resonance at the operating frequency of the alternating current. An anode of an electric arc is connected to the secondary winding of the transformer through a thyristor voltage converter. The secondary winding of the transformer is included in the network of electricity consumers.
Работает данное устройство следующим образом. Кратковременно замыкают анод с катодом электрической дуги и затем размыкают их. Между катодом и анодом горит электрическая дуга, ионизирующая рабочее вещество. На одном из электродов электрического поля, ортогонально направленного к электрическому полю дуги, действует положительная полуволна напряжения, на втором - отрицательная. Большая часть электронов из области электрической дуги устремляется к электроду с положительной полуволной, т.к. напряженность этого поля в 2-3 раза превышает напряженность поля электрической дуги. Электроны, ускоряясь этим полем, сжимаются в электронный луч, который пройдя сквозь отверстие в электроде, попадает на поляризующийся электрод, заряжая его отрицательно. При этом значение потенциала на поляризующемся электроде будет примерно в 10 раз больше, чем на электроде с положительной полуволной ортогонального поля. В это время на катоде электрической дуги образуется избыток положительных ионов, соответственно поляризующих катод. Между катодом и отрицательно поляризованным электродом идет полуволна электрического тока по половине первичной обмотки, трансформируемая во вторичную обмотку и совершающая работу в сети потребителей электроэнергии. Электрод ортогонального электрического поля с отрицательной полуволной напряжения, отталкивая электроны, экранирует от электрической дуги второй поляризующийся электрод, поэтому электрический ток через него не идет. При смене полярности полуволн на электродах электрического поля, ортогонально направленного к электрическому полю дуги, электрический ток идет через другой поляризующийся электрод по другой половине первичной обмотки трансформатора и далее к потребителям электроэнергии.This device works as follows. Shortly close the anode with the cathode of the electric arc and then open them. Between the cathode and the anode an electric arc burns, ionizing the working substance. On one of the electrodes of the electric field, orthogonally directed to the electric field of the arc, a positive half-wave of voltage acts, on the second - negative. Most of the electrons from the region of the electric arc rush to the electrode with a positive half-wave, because the intensity of this field is 2-3 times higher than the field strength of the electric arc. Electrons, accelerated by this field, are compressed into an electron beam, which, passing through a hole in the electrode, hits a polarizing electrode, negatively charging it. In this case, the potential value on the polarizing electrode will be approximately 10 times greater than on the electrode with a positive half-wave of the orthogonal field. At this time, an excess of positive ions correspondingly polarizing the cathode is formed on the cathode of the electric arc. Between the cathode and the negatively polarized electrode there is a half-wave of electric current through half of the primary winding, which is transformed into a secondary winding and performs work in the network of electricity consumers. The electrode of an orthogonal electric field with a negative half-wave voltage, repelling the electrons, shields the second polarizing electrode from the electric arc, so the electric current does not go through it. When the polarity of the half-waves on the electrodes of the electric field orthogonally directed to the electric field of the arc changes, the electric current flows through the other polarizing electrode along the other half of the transformer primary winding and further to the consumers of electricity.
Таким образом, в течение двух полуволн колебаний электрического поля, ортогонально направленного к электрическому полю дуги, во вторичной обмотке трансформатора совершается одно полное колебание электрических величин с рабочей частотой, на которую настроена в резонанс первичная обмотка трансформатора. Рабочее напряжение на первичной обмотке трансформатора примерно в 10 раз превышает напряжение на электродах электрического поля, ортогонально направленного к электрическому полю дуги, образующего заряженную плазму и создающего из нее ток в первичной обмотке трансформатора. Поэтому мощность в первичной обмотке и соответственно во вторичной обмотке трансформатора будет примерно в 10 раз больше мощности, затрачиваемой на создание заряженной плазмы, и преобразование ее электростатической энергии в электроэнергию. Следовательно, имеем преобразователь - генератор электроэнергии, реализующий предложенный способ производства энергии.Thus, during two half-waves of oscillations of the electric field, orthogonally directed to the electric field of the arc, in the secondary winding of the transformer, one complete oscillation of the electrical quantities occurs with the operating frequency at which the primary winding of the transformer is tuned to resonance. The operating voltage on the primary winding of the transformer is approximately 10 times higher than the voltage on the electrodes of the electric field, orthogonally directed to the electric field of the arc, forming a charged plasma and creating a current from it in the primary winding of the transformer. Therefore, the power in the primary winding and, accordingly, in the secondary winding of the transformer will be approximately 10 times greater than the power spent on the creation of a charged plasma, and the conversion of its electrostatic energy into electricity. Therefore, we have a converter - an electric power generator that implements the proposed method of energy production.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION
1. Фильтр-прессный электролизер для получения водорода и кислорода, описание к патенту SU №1708931, С 25 В 1/02.1. Filter-press electrolyzer for producing hydrogen and oxygen, description to patent SU No. 1708931, C 25 V 1/02.
2. Электролизер для фотолиза воды, описание изобретения к патенту SU №1412373, С 25 В 1/02.2. The electrolyzer for the photolysis of water, the description of the invention to patent SU No. 1412373, 25 V 1/02.
3. Способ получения кислорода и водорода, описание к патенту RU №2032769, С 25 В 1/02.3. A method of producing oxygen and hydrogen, the description of patent RU No. 2032769, C 25 V 1/02.
4. Способ магнитодинамического автоэлектролиза, заявка ФРГ №2733444, С 25 В 9/00, прототип.4. The method of magnetodynamic auto-electrolysis, the application of Germany No. 2733444, 25 V 9/00, prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002134362/15A RU2262793C2 (en) | 2002-12-19 | 2002-12-19 | Electrical energy generation process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002134362/15A RU2262793C2 (en) | 2002-12-19 | 2002-12-19 | Electrical energy generation process |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002134362A RU2002134362A (en) | 2004-07-20 |
| RU2262793C2 true RU2262793C2 (en) | 2005-10-20 |
Family
ID=35863280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002134362/15A RU2262793C2 (en) | 2002-12-19 | 2002-12-19 | Electrical energy generation process |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2262793C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007067083A1 (en) * | 2005-12-05 | 2007-06-14 | Rudolf Klavdievich Katargin | Plasma power supply |
| RU2505915C2 (en) * | 2012-05-11 | 2014-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Electronic generator of electric power |
| RU2553574C2 (en) * | 2013-03-26 | 2015-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Microwave generation process based on electron bunch |
| RU2578207C2 (en) * | 2014-03-12 | 2016-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Method of producing electricity |
| WO2019075651A1 (en) * | 2017-10-16 | 2019-04-25 | 王辉 | Energy generator, novel power generation device and power generation method |
-
2002
- 2002-12-19 RU RU2002134362/15A patent/RU2262793C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007067083A1 (en) * | 2005-12-05 | 2007-06-14 | Rudolf Klavdievich Katargin | Plasma power supply |
| RU2505915C2 (en) * | 2012-05-11 | 2014-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Electronic generator of electric power |
| RU2553574C2 (en) * | 2013-03-26 | 2015-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Microwave generation process based on electron bunch |
| RU2578207C2 (en) * | 2014-03-12 | 2016-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГАУ) | Method of producing electricity |
| WO2019075651A1 (en) * | 2017-10-16 | 2019-04-25 | 王辉 | Energy generator, novel power generation device and power generation method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ehlers et al. | Multicusp negative ion source | |
| CA2679033A1 (en) | A plasma electric power generation system in a field reversed configuration and direct energy conversion | |
| Hovingh et al. | Heavy-ion linear induction accelerators as drivers for inertial fusion power plants | |
| RU2262793C2 (en) | Electrical energy generation process | |
| Cook et al. | Energy anomalies observed in ion beams produced by rf sources | |
| US11296620B2 (en) | Metallic glow discharge diode and triode devices with large cold cathode as efficient charge generator—a power cell | |
| Ryzhov et al. | The model of plasma-electronic technology of producing electricity from electron beams | |
| Zhao et al. | Breakdown Electric Field of Hot 30% CF3I/CO2 Mixtures at Temperature of 300–3500 K During Arc Extinction Process | |
| US20160180970A1 (en) | Device for Creating and Controlling Plasma | |
| Kozelov et al. | Effective energy loss per electron-ion pair in proton aurora | |
| US2735016A (en) | Process of reducing ores and compounds | |
| Elias | The UCSB Free Electron Laser Experimental Program | |
| Glavish | Recent Advances in Polarized Ion Sources | |
| Elias | The UCSB free electron laser experimental program | |
| Holmes et al. | Negative-ion sources for ion implantation | |
| Elias et al. | The UCSB FEL (Free Electron Laser) Experimental Program. | |
| Papadichev | Plate-electrode electrostatic undulators: Field calculation using conformal mapping | |
| Lee | Transport of intense ion beams.[HIBALL II] | |
| Enchevich et al. | Ion source of discharge type | |
| RU2076384C1 (en) | Plasma source of negative atomic ions | |
| Humphries Jr et al. | High-powered pulsed-ion-beam acceleration and transport | |
| Llewellyn-Jones | The Origins of Ionization and Plasma Physics | |
| WO2019226142A1 (en) | Metallic glow discharge diode and triode devices with large cold cathode as efficient charge generator - a power cell | |
| Leung | A SMALL MULTICUSP H SOURCE | |
| Stenzel | Method of and apparatus for the electrostatic excitation of ions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091220 |