RU2418968C2 - Method to directly convert energy of impulse detonation fuel combustion into electric power and ac generator for its realisation - Google Patents
Method to directly convert energy of impulse detonation fuel combustion into electric power and ac generator for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2418968C2 RU2418968C2 RU2008127128/06A RU2008127128A RU2418968C2 RU 2418968 C2 RU2418968 C2 RU 2418968C2 RU 2008127128/06 A RU2008127128/06 A RU 2008127128/06A RU 2008127128 A RU2008127128 A RU 2008127128A RU 2418968 C2 RU2418968 C2 RU 2418968C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working channel
- detonation
- detonation combustion
- combustion chambers
- combustion
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике и транспорту, а именно к получению электрической энергии от химической реакции детонационного сгорания топлива с высоким КПД - более 50% и высокой удельной мощностью - более 5 кВт/кг.The invention relates to energy and transport, and in particular to the generation of electrical energy from a chemical reaction of detonation combustion of fuel with high efficiency - more than 50% and high specific power - more than 5 kW / kg
Известны способ и устройство преобразования потока ионизированного вещества в электрическую энергию по патенту RU 2109393 С1, Н02К 44/00, 1995 г.A known method and device for converting the flow of ionized matter into electrical energy according to patent RU 2109393 C1, Н02К 44/00, 1995
В соответствии с указанным способом ионизированный газовый поток путем взаимодействия с камерами сгорания формируют в виде движущихся по кругу областей высокого давления, несущих заряды противоположной полярности. Электрическую энергию снимают с обмоток магнитопроводов, связанных силами электромагнитной индукции с движущимися объемными зарядами.In accordance with this method, an ionized gas stream is formed by interacting with combustion chambers in the form of circularly moving high pressure regions carrying charges of opposite polarity. Electrical energy is removed from the windings of the magnetic cores, connected by electromagnetic induction with moving space charges.
Указанное устройство содержит тороидальный канал, камеры сгорания, термоэлектроды, связанные положительной обратной связью с обмотками возбуждения магнитопроводов.The specified device contains a toroidal channel, combustion chambers, thermoelectrodes connected by positive feedback with the excitation windings of the magnetic cores.
Описанный способ получения электрической энергии наиболее близок к заявляемому способу, но требует большего расхода топлива, имеет меньшие показатели КПД и удельной мощности. Устройство-прототип имеет сложную конструкцию, в которую входят не менее шести камер сгорания, присоединенных к тороидальному каналу.The described method for producing electrical energy is closest to the claimed method, but requires more fuel consumption, has lower efficiency and specific power. The prototype device has a complex structure, which includes at least six combustion chambers attached to the toroidal channel.
Задачей заявляемого изобретения является преобразование энергии детонационного сгорания топлива в электрическую энергию без использования промежуточных механических устройств с высокими показателями КПД - более 50% и удельной мощности - более 5 кВт/кг.The task of the invention is to convert the energy of detonation combustion of fuel into electrical energy without the use of intermediate mechanical devices with high efficiency - more than 50% and specific power - more than 5 kW / kg
Решение этой задачи достигается тем, что компоненты топлива, например водород и воздух, подают под давлением в смесительные камеры и через быстродействующие механические клапана в детонационные камеры сгорания. Последние располагают навстречу друг другу и соединяют через сверхзвуковые сопла и отрезок трубы, являющейся рабочим каналом, в единое устройство, имеющее выхлопную систему. В установившемся режиме область высокого давления продуктов химической реакции в виде ударной волны движется возвратно-поступательно в рабочем канале со скоростью не менее 2,5М местной скорости звука для смеси водорода с воздухом, где М - число Маха, что обеспечивает сжатие ранее введенной в детонационную камеру сгорания подготовленной топливной смеси, при закрытом в этот момент времени механическом клапане. Минимальную скорость ударной волны в рабочем канале уменьшают путем установки внутри детонационной камеры сгорания катализатора нужной химической реакции и выбором ее геометрической формы. Также эта скорость зависит от вида применяемого топлива.The solution to this problem is achieved in that the fuel components, for example hydrogen and air, are supplied under pressure to the mixing chambers and through high-speed mechanical valves to the detonation combustion chambers. The latter are arranged towards each other and connected through supersonic nozzles and a pipe section, which is the working channel, into a single device having an exhaust system. In the steady state, the high-pressure region of the products of the chemical reaction in the form of a shock wave moves back and forth in the working channel at a speed of at least 2.5 M local velocity of sound for a mixture of hydrogen with air, where M is the Mach number, which provides compression of the previously introduced into the detonation chamber combustion of the prepared fuel mixture, with the mechanical valve closed at this point in time. The minimum velocity of the shock wave in the working channel is reduced by installing the desired chemical reaction inside the detonation combustion chamber of the catalyst and choosing its geometric shape. Also, this speed depends on the type of fuel used.
После сгорания порции топливной смеси ударная волна получает дополнительную энергию и движется к противоположной камере сгорания, а давление в данной камере становится меньше давления смешивающихся компонентов топлива перед механическим клапаном, что заставляет данный клапан открыться и впустить новую порцию топливной смеси. Количество и качество поступающей топливной смеси зависит от входного давления компонентов топлива и должно обеспечивать скорость ударной волны в рабочем канале не ниже минимальной, во всех режимах работы устройства, кроме запуска.After combustion of a portion of the fuel mixture, the shock wave receives additional energy and moves to the opposite combustion chamber, and the pressure in this chamber becomes less than the pressure of the mixing fuel components in front of the mechanical valve, which makes this valve open and let in a new portion of the fuel mixture. The quantity and quality of the incoming fuel mixture depends on the input pressure of the fuel components and should ensure the speed of the shock wave in the working channel is not lower than the minimum, in all operating modes of the device, except for starting.
Отделение некоторого количества электронов от ионов производят коротким по длительности, мощным электромагнитным импульсом, который формирует входная обмотка магнитопровода, охватывающего камеру сгорания, за счет подачи на нее импульса напряжения в момент детонационного сгорания топливной смеси. Длительность такого импульса соответствует времени детонационного сгорания топлива и выхода продуктов реакции из камеры и составляет несколько десятков микросекунд. Тогда магнитопровод камеры сгорания должен работать на частотах выше 10 кГц. Сила электромагнитной индукции при этом направлена таким образом, что ускоряет ионы в сторону выхода из камеры сгорания, а электроны в сторону каталитического электрода, на котором в этот момент времени присутствует высокое положительное значение напряжения, которое получают со второй высоковольтной обмотки данного магнитопровода. Второй конец высоковольтной обмотки подключают к термоэмиссионному электроду в выхлопной трубе, где отработанные газы деионизируют. Каталитический электрод изготавливают из такого материала, который хорошо проводит электрический ток, максимально эффективно отнимает электроны у молекул водорода и возможно других газов в начальный момент времени протекания химической реакции, выдерживает высокую температуру, имеет развитую структуру поверхности. Выведение из камер сгорания электронов с помощью каталитического электрода способствует ускорению химических реакций, а также формированию в области высокого давления ударной волны положительного объемного заряда, движущегося по рабочему каналу возвратно-поступательно, связанного силами электромагнитной индукции с несколькими магнитопроводами, охватывающими рабочий канал, с выходных обмоток которых снимают напряжение переменного тока, которое используют.A certain amount of electrons from ions is separated by a short, powerful electromagnetic pulse, which forms the input winding of the magnetic circuit covering the combustion chamber, by applying a voltage pulse to it at the moment of detonation combustion of the fuel mixture. The duration of such a pulse corresponds to the time of detonation combustion of fuel and the exit of reaction products from the chamber and amounts to several tens of microseconds. Then the magnetic circuit of the combustion chamber should operate at frequencies above 10 kHz. The force of electromagnetic induction in this case is directed in such a way that it accelerates ions towards the exit from the combustion chamber, and electrons towards the catalytic electrode, on which at this moment in time there is a high positive voltage value, which is obtained from the second high-voltage winding of this magnetic circuit. The second end of the high voltage winding is connected to a thermionic electrode in the exhaust pipe, where the exhaust gases are deionized. The catalytic electrode is made of a material that conducts electric current well, it most effectively takes away electrons from hydrogen molecules and possibly other gases at the initial time of the chemical reaction, can withstand high temperatures, and has a developed surface structure. The removal of electrons from the combustion chambers by means of a catalytic electrode helps to accelerate chemical reactions, as well as the formation of a positive space charge in the shock wave region moving along the working channel reciprocally connected by electromagnetic induction with several magnetic circuits covering the working channel from the output windings which remove the AC voltage that they use.
Устройство состоит из системы регулировки давления компонентов топлива, например сжатого воздуха и водорода, смесительных камер, быстродействующих механических клапанов, камер детонационного сгорания, соединенных через сверхзвуковые сопла с рабочим каналом, выхлопной системы, магнитопроводов с выходными обмотками, магнитопроводов камер сгорания, имеющих входную и высоковольтную обмотки, каталитических и термоэмиссионных электродов. Камеры сгорания, сверхзвуковые сопла и рабочий канал изготавливают из немагнитного материала с внутренним диэлектрическим покрытием или из немагнитного диэлектрика, например ударопрочной керамики.The device consists of a system for adjusting the pressure of fuel components, such as compressed air and hydrogen, mixing chambers, high-speed mechanical valves, detonation combustion chambers connected via supersonic nozzles to the working channel, an exhaust system, magnetic circuits with output windings, magnetic circuits of combustion chambers having an input and high voltage windings, catalytic and thermionic electrodes. Combustion chambers, supersonic nozzles and a working channel are made of a non-magnetic material with an internal dielectric coating or of a non-magnetic dielectric, for example, impact-resistant ceramic.
Устройство запускают в работу путем инициирования детонационного горения электрическими разрядами необходимой мощности и частоты, полученными при подключении выхода высоковольтной обмотки, связанного с термоэмиссионным электродом, к электропроводящему корпусу быстродействующего механического клапана.The device is launched into operation by initiating detonation combustion by electric discharges of the required power and frequency obtained by connecting the output of the high voltage winding associated with the thermionic electrode to the electrically conductive body of the high-speed mechanical valve.
Заявляемая совокупность операций, элементов и связей позволяет решить поставленные задачи изобретения за счет оптимизации процесса преобразования энергии движущегося потока вещества в электрическую энергию. Известно, что при детонационном сгорании топлива удельная мощность на несколько порядков превышает обычные двигатели внутреннего сгорания, так, детонационная камера сгорания объемом 10 см3 с частотой работы 1,5 кГц, при использовании в качестве топлива смеси водорода и воздуха с начальным давлением 300 кПа, преобразует энергию импульсных скачков температуры и давления внутри камеры сгорания в импульсную кинетическую энергию потока вещества на выходе расширяющегося сверхзвукового сопла с мощностью около 150 кВт, что соответствует объему современного двигателя внутреннего сгорания примерно 2000 см3. Потери тепла в камере сгорания невелики, так как реакция протекает очень быстро, а температура стенок определяется только жаростойкостью материала, из которого она изготовлена, и может поддерживаться на уровне 700-800 К и более. Далее продукты реакции движутся в расширяющемся сверхзвуковом сопле, преобразуя свою тепловую энергию в кинетическую. Размер входного сечения сопла в 25-36 раз меньше выходного сечения, что уменьшает температуру газов в 5-6 раз, примерно с 3000 К - температура детонационного горения водорода, до 600-500 К. Далее в рабочем канале потери тепла минимальны.The inventive combination of operations, elements and relationships allows us to solve the problems of the invention by optimizing the process of converting the energy of a moving stream of matter into electrical energy. It is known that during detonation combustion of a fuel, the specific power is several orders of magnitude higher than conventional internal combustion engines, for example, a detonation combustion chamber with a volume of 10 cm 3 with a frequency of 1.5 kHz, when using a mixture of hydrogen and air with an initial pressure of 300 kPa, converts the energy of pulsed jumps in temperature and pressure inside the combustion chamber into the pulsed kinetic energy of a substance flow at the output of an expanding supersonic nozzle with a power of about 150 kW, which corresponds to the volume of temporary internal combustion engine of approximately 2000 cm 3 . Heat losses in the combustion chamber are small, since the reaction proceeds very quickly, and the wall temperature is determined only by the heat resistance of the material from which it is made, and can be maintained at a level of 700-800 K and more. Further, the reaction products move in an expanding supersonic nozzle, converting their thermal energy into kinetic. The size of the nozzle inlet section is 25-36 times smaller than the outlet section, which reduces the gas temperature by 5-6 times, from about 3000 K the temperature of detonation combustion of hydrogen is up to 600-500 K. Further, the heat loss in the working channel is minimal.
Вышеперечисленные процессы и потери энергии на внутреннее трение газов отнимают 30-40% полной энергии сгорания.The above processes and energy losses due to internal friction of gases take up 30-40% of the total combustion energy.
Преобразование возвратно-поступательного движения ударной волны, несущей объемный заряд, в электрическую энергию происходит с КПД более 90%, так же, как в трансформаторах переменного тока на частотах выше 400-1000 Гц, имеющих высокоэффективный магнитопровод из специального материала.The conversion of the reciprocating motion of a shock wave carrying a space charge into electrical energy occurs with an efficiency of more than 90%, just as in AC transformers at frequencies above 400-1000 Hz, which have a highly efficient magnetic circuit made of a special material.
Таким образом, суммарные потери полной энергии горения в данном устройстве составляют меньше 50%, а КПД преобразования тепловой энергии в электрическую больше 50%, что решает одну из заявленных задач изобретения.Thus, the total loss of the total combustion energy in this device is less than 50%, and the efficiency of converting thermal energy into electrical energy is more than 50%, which solves one of the stated problems of the invention.
Масса устройства в основном складывается из массы корпуса с газовыми каналами и массы магнитопровода. Удельная мощность корпуса при использовании импульсного детонационного горения с частотой импульсов выше 1000 Гц в двух камерах детонационного горения, направленных навстречу друг другу, составит более 20 кВт/кг, тогда удельная мощность устройства в большей степени определяется массой магнитопровода, способного работать на частоте переменного электромагнитного поля выше 500 Гц с высокой эффективностью, и составит для пермаллоев более 7 кВт/кг, что в сумме дает показатель удельной мощности всего устройства более 5 кВт/кг и решает вторую и последнюю из заявленных задач изобретения.The mass of the device mainly consists of the mass of the body with gas channels and the mass of the magnetic circuit. The specific power of the case when using pulsed detonation combustion with a pulse frequency above 1000 Hz in two detonation combustion chambers directed towards each other will be more than 20 kW / kg, then the specific power of the device is more determined by the mass of the magnetic circuit capable of operating at a frequency of an alternating electromagnetic field above 500 Hz with high efficiency, and for permalloys it will be more than 7 kW / kg, which in total gives an indicator of the specific power of the whole device more than 5 kW / kg and solves the second and Lednov of the stated objects of the invention.
При изучении известных технических решений в данной области совокупность признаков, отличающих заявляемое изобретение, не была выявлена. Данное решение существенно отличается от известных, явным образом не следует из уровня техники и, соответственно, имеет изобретательский уровень.When studying the known technical solutions in this field, the totality of the features that distinguish the claimed invention was not identified. This solution is significantly different from the known ones, does not explicitly follow from the prior art and, accordingly, has an inventive step.
Так как заявляемое решение может быть реализовано современными средствами и материалами, то оно является промышленно применимым.Since the claimed solution can be implemented by modern means and materials, it is industrially applicable.
Прилагаемый чертеж поясняет суть предлагаемого способа и устройства для его реализации.The attached drawing explains the essence of the proposed method and device for its implementation.
На чертеже показаны основные компоненты генератора переменного тока, преобразующего энергию движения ударных волн в электрическую энергию. Для примера в качестве топлива используют водород.The drawing shows the main components of an alternating current generator that converts the energy of movement of shock waves into electrical energy. For example, hydrogen is used as fuel.
На чертеже обозначено:The drawing indicates:
1 - система регулировки давления компонентов топлива,1 - system for adjusting the pressure of the fuel components,
2 - жиклер сжатого воздуха,2 - nozzle of compressed air,
3 - жиклер сжатого водорода,3 - nozzle of compressed hydrogen,
4 - смесительная камера,4 - mixing chamber,
5 - быстродействующий механический клапан,5 - high-speed mechanical valve,
6 - камера импульсного детонационного сгорания,6 - camera pulsed detonation combustion,
7 - каталитический электрод,7 - catalytic electrode,
8 - высоковольтная обмотка,8 - high voltage winding
9 - высоковольтный коммутатор,9 - high voltage switch,
10 - устройство управления и преобразования электроэнергии,10 - control device and conversion of electricity,
11 - входная обмотка,11 - input winding
12 - магнитопровод камеры сгорания,12 - magnetic circuit of the combustion chamber,
13 - сверхзвуковое сопло,13 - supersonic nozzle,
14 - рабочий канал,14 - working channel
15 - выхлопная система,15 - exhaust system
16 - термоэмиссионный электрод,16 - thermionic electrode,
17 - жиклер выхлопной системы,17 - exhaust nozzle,
18 - магнитопровод,18 - magnetic circuit,
19 - выходная обмотка,19 - output winding
20 - устройство сжатия атмосферного воздуха.20 - a device for compressing atmospheric air.
Генератор переменного тока, показанный на чертеже, содержит систему регулировки давления 1, через которую компоненты топлива, например водород и воздух, подают в соответствующие жиклеры 2 и 3. Далее компоненты топлива смешиваются в смесительной камере 4 такого объема и геометрической формы, которые необходимы для их качественного перемешивания. Быстродействующий механический клапан 5 имеет подвижную запорную часть из легкого и прочного материала, но предельная частота работы клапана 6-9 кГц накладывает ограничения на размеры, вес и длину хода этой подвижной части. Так, подвижная запорная часть из алюминиевого сплава, имеющая диаметр 2,5 мм, толщину 0,6 мм и длину хода 0,37 мм, способна работать с предельной частотой 6,5 кГц при перепадах давления между входом и выходом клапана более 300 кПа. Эти геометрические параметры определяют диаметр запираемого отверстия, который в данном примере составит 1,5 мм. Понятно, что через отверстие такого диаметра поступает ограниченное количество топливной смеси, и для увеличения этого количества применяют несколько быстродействующих клапанов, работающих параллельно.The alternating current generator shown in the drawing contains a
Далее топливная смесь поступает в камеры импульсного детонационного сгорания 6, где с помощью каталитического электрода 7 и электрического разряда необходимой мощности смесь сжигают в режиме детонации. Величина энергии электрического разряда, необходимая для инициирования детонации, зависит от начального давления газовой смеси, геометрической формы и размеров камеры сгорания, эффективности катализатора, длины разрядного промежутка и ограничена тепловой стойкостью каталитического электрода и изолятора. Для формирования электрических разрядов используют высоковольтную обмотку 8, один из выходов которой на время запуска подключают к корпусу механического клапана через высоковольтный коммутатор 9. Импульсы напряжения подают с устройства управления и преобразования электроэнергии 10 на входную обмотку 11 магнитопровода камеры сгорания 12. В начальный момент времени запуска электрические разряды в двух камерах детонационного сгорания следуют с частотой, зависящей от расстояния между этими камерами, которое определяет начальную резонансную частоту запуска устройства. Сдвиг фаз между разрядами в двух встречно направленных камерах сгорания составляет 180°.Further, the fuel mixture enters the pulse
Две камеры детонационного сгорания соединяют через расширяющиеся сверхзвуковые сопла 13 и рабочий канал 14 в единое устройство. Камера сгорания, сопло и рабочий канал имеют диэлектрическое покрытие или сделаны из немагнитного диэлектрического материала, например из ударопрочной керамики.Two detonation combustion chambers are connected through expanding
В процессе запуска устройства в рабочем канале происходит накопление энергии в виде движущейся возвратно-поступательно ударной волны, скорость которой увеличивают путем одновременного подъема давления компонентов топлива и частоты следования электрических разрядов. Скорость ударной волны менее чем за несколько секунд поднимают до такой минимально необходимой скорости, при которой энергии движения этой волны достаточно для сжатия вновь поступившей топливной смеси. В этот момент высоковольтный коммутатор размыкают, а устройство переходит в режим инициирования детонационного горения с помощью ударной волны - режим пересжатой детонации. Для смеси водорода с воздухом, в отсутствие катализатора, минимальная скорость ударной волны в рабочем канале составит 2,5М местной скорости звука, где М - число Маха. Давление компонентов топлива регулируют таким образом, чтобы скорость ударной волны в рабочем канале во всех режимах работы устройства, кроме запуска, была выше минимальной.In the process of starting the device in the working channel, energy is accumulated in the form of a moving reciprocating shock wave, the speed of which is increased by simultaneously raising the pressure of the fuel components and the frequency of electric discharges. The speed of the shock wave in less than a few seconds is raised to such a minimum necessary speed at which the energy of movement of this wave is sufficient to compress the newly received fuel mixture. At this moment, the high-voltage switch is opened, and the device switches to the mode of initiation of detonation combustion with the help of a shock wave — the mode of overdriven detonation. For a mixture of hydrogen with air, in the absence of a catalyst, the minimum velocity of the shock wave in the working channel will be 2.5 M local velocity of sound, where M is the Mach number. The pressure of the fuel components is regulated so that the speed of the shock wave in the working channel in all operating modes of the device, except for starting, is higher than the minimum.
Когда в какой-либо из камер происходит детонационное сгорание топлива, система управления подает мощный импульс напряжения длительностью несколько десятков микросекунд на входную обмотку магнитопровода данной камеры сгорания, при этом внутри камеры возникает сила электромагнитной индукции, которая ускоряет ионы в сторону рабочего канала, а электроны в сторону каталитического электрода, на котором в этот момент времени присутствует высокое положительное напряжение. Каталитические свойства электрода в сочетании с электромагнитными силами позволяют выводить электроны в выхлопную систему устройства 15 через термоэмиссионный электрод 16, где происходит деионизация отработанных газов. Так, в рабочем канале получают положительный объемный заряд.When a detonation fuel combustion occurs in any of the chambers, the control system delivers a powerful voltage pulse of several tens of microseconds duration to the input winding of the magnetic circuit of the given combustion chamber, while the electromagnetic induction force arises inside the chamber, which accelerates the ions towards the working channel, and the electrons side of the catalytic electrode, on which at this moment in time there is a high positive voltage. The catalytic properties of the electrode in combination with electromagnetic forces allow electrons to be output to the exhaust system of the
Сечение жиклера выхлопной системы 17 рассчитано исходя из максимальной мощности устройства таким образом, чтобы величина усредненного давления в рабочем канале не превышала заданную.The cross section of the nozzle of the
Ударная волна в виде области высокого давления, несущей объемный заряд, движется возвратно-поступательно и взаимодействует с магнитопроводом 18 за счет силы электромагнитной индукции, наводящей в выходной обмотке 19 напряжение переменного тока.The shock wave in the form of a high-pressure region carrying a space charge moves reciprocatingly and interacts with the
Импульсы давления газов в выхлопной системе используют для сжатия атмосферного воздуха в соответствующем устройстве 20.The pressure pulses of gases in the exhaust system are used to compress atmospheric air in the
Осуществление способа прямого преобразования энергии импульсного детонационного горения топлива в электрическую энергию заключается в следующем.The implementation of the method of direct conversion of energy of pulsed detonation combustion of fuel into electrical energy is as follows.
Компоненты топлива, например водород и воздух, подают под давлением более 200 кПа в смесительные камеры, где происходит качественное перемешивание, но не воспламенение этой смеси, и далее через быстродействующие клапаны в две камеры детонационного горения, направленные навстречу друг другу и соединенные в единое устройство через сверхзвуковые сопла и рабочий канал. В установившемся режиме, путем изменения входного давления компонентов топлива, поддерживают такую скорость ударной волны в рабочем канале, которая необходима для сжатия топливной смеси. В момент детонационного сгорания топливной смеси температура и давление продуктов реакции скачком достигают больших величин, около 3000 К и более 20-30 МПа для смеси водорода с воздухом, что способствует появлению свободных электронов и ионов, то есть частичной ионизации газов в камере сгорания. В этот же момент времени с помощью мощного электромагнитного импульса эти электроны выводятся из камеры сгорания через каталитический электрод. Таким образом, в рабочем канале за некоторое количество тактов работы устройства происходит накопление положительно заряженных частиц - ионов, движущихся в области высокого давления ударной волны. Величина такого объемного заряда тем больше, чем больше сила электромагнитной индукции, препятствующая перемещению заряженных частиц вдоль оси рабочего канала, и, соответственно, чем больше величина нагрузки, подключенной к выходной обмотке. Диэлектрическое покрытие препятствует деионизации заряженных частиц у стенок устройства. Благодаря возвратно-поступательному движению объемного заряда по рабочему каналу в выходной обмотке наводится напряжение переменного тока, которое используют.Fuel components, such as hydrogen and air, are supplied under a pressure of more than 200 kPa to mixing chambers, where high-quality mixing takes place, but not ignition of this mixture, and then through high-speed valves to two detonation combustion chambers directed towards each other and connected into a single device through supersonic nozzles and working channel. In the steady state, by changing the input pressure of the fuel components, a shock wave velocity in the working channel is maintained that is necessary to compress the fuel mixture. At the time of the detonation combustion of the fuel mixture, the temperature and pressure of the reaction products jump to large values, about 3000 K and more than 20-30 MPa for a mixture of hydrogen with air, which contributes to the appearance of free electrons and ions, that is, partial ionization of gases in the combustion chamber. At the same time, with the help of a powerful electromagnetic pulse, these electrons are removed from the combustion chamber through a catalytic electrode. Thus, in a working channel for a certain number of strokes of the device, an accumulation of positively charged particles occurs - ions moving in the high-pressure region of the shock wave. The magnitude of this space charge is greater, the greater the electromagnetic induction force, which prevents the movement of charged particles along the axis of the working channel, and, accordingly, the greater the magnitude of the load connected to the output winding. The dielectric coating prevents deionization of charged particles at the walls of the device. Due to the reciprocating movement of the space charge along the working channel in the output winding, an alternating current voltage is induced, which is used.
По заявленному изобретению выполнено конструирование и моделирование отдельных узлов генератора электрической энергии. According to the claimed invention, the design and simulation of individual nodes of the electric energy generator has been performed.
Областью применения изобретения является производство электроэнергии с помощью стационарных и мобильных генераторов, использующих топливо с высокой эффективностью. Для таких генераторов в качестве топлива предпочтительнее использовать водород, имеющий наибольшую скорость горения. Простота конструкции и высокая частота генерируемого электрического тока, выше 600 Гц при разумной длине рабочего канала менее 1 м, позволяют многократно уменьшить вес и размеры предлагаемого устройства в сравнении с существующими генераторами той же мощности.The scope of the invention is the production of electricity using stationary and mobile generators using fuel with high efficiency. For such generators, it is preferable to use hydrogen having the highest burning rate as fuel. The simplicity of design and the high frequency of the generated electric current, above 600 Hz with a reasonable working channel length of less than 1 m, can significantly reduce the weight and size of the proposed device in comparison with existing generators of the same power.
Claims (2)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008127128/06A RU2418968C2 (en) | 2008-06-18 | 2008-06-18 | Method to directly convert energy of impulse detonation fuel combustion into electric power and ac generator for its realisation |
| PCT/RU2009/000171 WO2009154507A1 (en) | 2008-06-18 | 2009-04-07 | Alternative current generator and hypersonic pulsating jet engine based on |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008127128/06A RU2418968C2 (en) | 2008-06-18 | 2008-06-18 | Method to directly convert energy of impulse detonation fuel combustion into electric power and ac generator for its realisation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008127128A RU2008127128A (en) | 2009-12-27 |
| RU2418968C2 true RU2418968C2 (en) | 2011-05-20 |
Family
ID=41642680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008127128/06A RU2418968C2 (en) | 2008-06-18 | 2008-06-18 | Method to directly convert energy of impulse detonation fuel combustion into electric power and ac generator for its realisation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2418968C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020027697A1 (en) * | 2018-08-02 | 2020-02-06 | Алексей Владимирович ДАНИЛИН | Electrical energy generator based on ionic surface charge capacitors |
-
2008
- 2008-06-18 RU RU2008127128/06A patent/RU2418968C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020027697A1 (en) * | 2018-08-02 | 2020-02-06 | Алексей Владимирович ДАНИЛИН | Electrical energy generator based on ionic surface charge capacitors |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008127128A (en) | 2009-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2828042C (en) | System, circuit, and method for controlling combustion | |
| CN101463763B (en) | Magnetically stabilized plasma flow ignition generator | |
| CN107091210A (en) | A kind of pulsed plasma thruster based on capillary discharging | |
| Matsumoto et al. | Process performances of 2 ns pulsed discharge plasma | |
| CN103562549B (en) | Hall effect thruster | |
| WO1997012372A9 (en) | A compound plasma configuration, and method and apparatus for generating a compound plasma configuration | |
| EP0876663A4 (en) | A compound plasma configuration, and method and apparatus for generating a compound plasma configuration | |
| CN106640568A (en) | Bipolar solid ablation type plasma accelerator | |
| CN105221319A (en) | A kind of for lighting a fire and the sliding discharge reactor of auxiliary combustion | |
| RU2418968C2 (en) | Method to directly convert energy of impulse detonation fuel combustion into electric power and ac generator for its realisation | |
| RU2649494C1 (en) | Pulsed detonation rocket engine | |
| RU2406865C2 (en) | Intermittent-cycle jet engine in mode of detonation fuel combustion with additional acceleration of gas volume charges with electromagnetic induction force | |
| RU2253953C1 (en) | Pulse plasma accelerator and plasma acceleration method | |
| RU2542354C1 (en) | Eroding pulse plasma accelerator | |
| Kirtley et al. | Steady operation of an FRC thruster on Martian atmosphere and liquid water propellants | |
| WO2009154507A1 (en) | Alternative current generator and hypersonic pulsating jet engine based on | |
| CN109578233B (en) | Ablation type pulse plasma propeller based on multi-anode electrode structure | |
| CN103441641A (en) | Detonation wave ejection loop type magnetic fluid power generation system | |
| RU2554512C1 (en) | Method for thermal and electric energy production and device for its implementation | |
| WO2006041330A1 (en) | Spark plug for an internal combustion engine | |
| RU2343651C1 (en) | Pulse-periodic plasmatron | |
| WO2011005135A1 (en) | Internal combustion engine | |
| RU2664892C1 (en) | Ablative pulse plasma engine | |
| Singleton et al. | Optimization of compact power modulators for transient plasma ignition | |
| RU2225533C2 (en) | Rocket electric motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120619 |