RU2578207C2 - Способ получения электроэнергии - Google Patents
Способ получения электроэнергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2578207C2 RU2578207C2 RU2014109507/07A RU2014109507A RU2578207C2 RU 2578207 C2 RU2578207 C2 RU 2578207C2 RU 2014109507/07 A RU2014109507/07 A RU 2014109507/07A RU 2014109507 A RU2014109507 A RU 2014109507A RU 2578207 C2 RU2578207 C2 RU 2578207C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric
- electron beams
- electron
- energy
- power
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, основано на преобразовании энергии электронных пучков в электроэнергию электромагнитного процесса и может быть использовано для производства электроэнергии в электроэнергетике, в энергосиловых установках транспортных средств и других отраслях, вырабатывающих электроэнергию для собственных нужд. Технический результат состоит в повышении к.п.д. за счет повышения использования энергии пучка электронов. Способ заключается в ионизации электрической дугой рабочего вещества, создании с помощью электронной пушки электронных пучков, преобразовании энергии электронных пучков в виде тока проводимости, индукционного преобразования конвекционных токов и емкостного преобразования токов смещения по двухполупериодной схеме в электроэнергию, которую трансформируют в промышленную сеть рабочей частоты. 1 ил.
Description
Изобретение основано на преобразовании энергии электронных пучков в электроэнергию электромагнитного процесса и может быть использовано для производства электроэнергии в электроэнергетике, в энергосиловых установках транспортных средств и других отраслях, вырабатывающих электроэнергию для собственных нужд.
Известен способ производства энергии (патент RU 2262793, H02N 3/00), принятый за прототип. Способ заключается в том, что электрической дугой ионизируют рабочее вещество, с помощью электронной пушки получают электронные пучки и преобразуют их энергию по двухполупериодной схеме в электроэнергию в виде тока проводимости, идущего по первичной цепи силового трансформатора - преобразователя, трансформирующего электроэнергию в сеть потребителей рабочей частоты ωp (в бортовую сеть транспортного средства).
Недостатком прототипа является то, что в электроэнергию преобразуется за счет тока проводимости только часть энергии электронного пучка (примерно 1/3 часть).
Согласно теории электромагнитного поля [К. Шимони - Теоретическая электротехника, М., «Мир», 1964, с.42…50] электромагнитные процессы электронного пучка можно описать с помощью уравнений Максвелла-Лоренца:
rotH=JПР+JK+JCM=Eγ+ρυ+ε∂E/∂t; rotE=-µ∂H/∂t,
где H - вектор напряженности магнитного поля;
Е - вектор напряженности электрического поля;
JПР=Еγ - вектор плотности тока проводимости,
γ - удельная электропроводимость электронного пучка, переходящего в электрическую цепь;
JK=ρυ - вектор плотности конвекционного тока,
ρ - объемная плотность зарядов в электронном пучке;
υ - вектор скорости зарядов в электронном пучке;
JCM=ε∂E/∂t=ωρεE - вектор плотности токов смещения;
ε - диэлектрическая проницаемость;
µ - магнитная проницаемость среды электронного пучка.
Поэтому в электроэнергию можно также преобразовать конвекционные токи и токи смещения. Это существенно увеличит количество получаемой электроэнергии и повысит КПД.
Задачей изобретения является увеличение количества получаемой электроэнергии и повышение КПД.
Данная задача решается тем, что в известном способе, заключающемся в ионизации электрической дугой рабочего вещества, создании с помощью электронной пушки электронных пучков, преобразовании части энергии электронных пучков по двухполупериодной схеме в электроэнергию в виде тока проводимости, которую трансформируют в промышленную сеть рабочей частоты, согласно изобретению остальную энергию электронных пучков превращают в электроэнергию путем индукционного преобразования конвекционных токов и емкостного преобразования токов смещения.
Функциональная схема устройства, с помощью которого может быть реализован заявляемый способ получения электроэнергии, представлена на чертеже.
Данное устройство содержит: электродуговой плазмотрон 1 с анодом АЭД и катодом КЭД электрической дуги; электронные пушки 2 с аксиальными выходными анодами АВ, на которые подают противофазные напряжения Ua циклической рабочей частоты ωp; индукционные преобразователи 4, выполненные на ферромагнитном тороидальном магнитопроводе, охватывающем электронный пучок 3; рабочие электроды 5 с рабочей полостью (РП) 6, выполненные из материала проводника первого рода, поэтому на поверхности рабочей полости 6 образуется двойной электрический слой; металлические обкладки 7, изолированные диэлектриком 8 от рабочих электродов 5, образующие конденсаторы С5-7, соединенные последовательно с электрической емкостью двойного электрического слоя рабочих полостей 6; электроды 9 торможения; индуктивные обмотки L1, L2, L3, La первичной цепи силового трансформатора-преобразователя 11 (СТП), симметричного относительно средней точки 10 обмотки La, соединенной с катодом КЭД плазмотрона 1 и корпусом устройства; конденсаторы Cp1, Cp2, соединенные с соответственными обмотками индуктивностей L1, L2; вторичную цепь 12 силового трансформатора-преобразователя 11; сеть потребителей электроэнергии 13 с циклической рабочей частотой ωp (бортовую сеть мобильного аппарата).
Работает данное устройство следующим образом. С помощью электрической дуги ионизируют рабочее вещество (разряженный газ) между анодом АЭД и катодом КЭД плазмотрона 1 в ортогонально направленном полю дуги анодном поле электронной пушки 2.
Каждый ионизированный атом рабочего вещества дает два противоположно заряженных иона, электрон с зарядом «-е» и катион с зарядом «+е», которые движутся в противоположные стороны, катион - к катоду КЭД, электрон - к аноду АЭД. Под действием поля аксиального выходного анода АВ электронной пушки 2, создающего напряженность поля, в 10-15 раз большую, чем напряженность поля электрической дуги, электроны выходят из области дуги между АЭД и КЭД и устремляются к выходному аноду АВ, проходя через аксиальное отверстие выходного анода, получая потенциал Ua анода АВ и соответствующую скорость: ϑеП=(2eUa/me)1/2,
где me - масса электрона.
Электроны объединяются в электронный пучок 3, модулированный рабочей частотой ωp. В это время катионы ионизированного рабочего вещества, обладающие массой на 4-5 порядков больше, чем электроны, практически не изменяя своей траектории движения, приходят на катод КЭД, заряжая его положительно.
При прохождении электронного пучка 3 через индукционный преобразователь 4 конвекционный ток пучка преобразуется в электрическую мощность, определяемую по зависимости
,
где LИ - эквивалентная индуктивность преобразователя 4, соединенного с обмоткой L, трансформатора-преобразователя 11 через конденсатор Ср1;
JК - плотность конвекционного тока,
rП - радиус электронного пучка.
Эта мощность через обмотку L1, настроенную с конденсатором Ср1 в резонанс на рабочую частоту ωp, передается силовым трансформатором-преобразователем 11 во вторичную обмотку 12 и в сеть потребителей 13.
Чем больше отбирается мощности из электронного пучка, тем сильнее тормозятся электроны, снижая свою скорость, пучок расширяется, уменьшается плотность заряда в пучке и его энергия. Для увеличения плотности заряда в пучке 3 его сжимают в рабочей полости 6 за счет сходящейся конусности по ходу пучка и электрического поля двойного электрического слоя на поверхности РП 6. Отношение диаметра входного отверстия рабочей полости 6 к выходному диаметру характеризует коэффициент сжатия пучка (dвх/dвых=Kсж), который определяет, во сколько раз увеличивается плотность заряда в пучке и сила тока. Энергия и мощность соответственно растут пропорционально квадрату коэффициента сжатия
, так как они пропорциональны квадратам плотности заряда, конвенционного тока, плотности конвекционного тока (ρ2,
,
).
Затем полем двойного электрического слоя в цилиндрической части РП 6 удерживают электронный пучок 3 в сжатом состоянии, сохраняя его энергию и мощность, при торможении пучка 3 тормозящим полем электрода 9. На электроды 9 подают напряжение с части обмотки L2, на анод АВ - со всей обмотки Lа, поэтому напряжение на электроде 9 меньше, чем Ua, так как Ua=ULa≈UL2. Образуя ток проводимости электромагнитной цепи L2, в электрод 9 входят передние электроны пучка, вдавливаемые задними электронами пучка 3, имеющими большую скорость, создаваемую выходным анодом АВ электронной пушки 2.
За счет торможения электронного пучка 3 у него отбирается кинетическая энергия Wk=me(ϑеП-ϑeT)2/2, которая превращается в напряжение на электроде 9 торможения UT=me(ϑеП-ϑеТ)2ejωpt/2e и в соответствующую мощность
, отбираемую из электронного пучка в виде тока проводимости в первичной электрической цепи L2, трансформирующей эту мощность в сеть потребителей электроэнергии 13.
Здесь: ϑeT - скорость электронов, входящих в электрод 9 торможения, создающих силу тока проводимости IПР=UTYПР в электрической цепи, обладающей электропроводимостью YПР=(g2+(bL-bC)2)1/2,
где g - активная электропроводимость цепи L2;
bL=1/ωpL2 - индуктивная проводимость; bC=ωрСр2 - емкостная проводимость электрической цепи L2 совместно с CP2, настроенных в резонанс на рабочей частоте ωp.
Регулированием напряжения на индуктивной обмотке L2 можно задавать степень торможения электронного пучка 3 и количество отбираемой из него энергии (мощности), передаваемой в сеть потребителей 13.
Рабочие электроды 5, металлические обкладки 7, изолированные между собой диэлектриком 8, являются конденсаторами C5-7, получающими заряд сжимаемых пучков 3 через емкость «двойного электронного слоя», т.к. С5-7 соединен последовательно с электрической емкостью «двойного электрического слоя» на поверхности рабочей полости 6. При последовательном соединении электрических емкостей их заряды одинаковы. Поэтому напряжение U5-7 на конденсаторе C5-7 будет в СДЭС/С5-6 раз больше напряжения «двойного электрического слоя» в рабочей полости 6, что составляет 3-4 порядка
U5-7=qДЭC/C5-7=UДЭC·CДЭC/C5-7.
Это напряжение подают на обмотку L3 силового трансформатора-преобразователя 11, работающую совместно с С5-7 в режиме резонанса напряжений,
.
Мощность, передаваемая через этот конденсатор в электрическую цепь силового трансформатора-преобразователя 11, составляет
При смене полярности полуволны напряжения Ua, на выходном аноде АВ электронной пушки 2, под действием положительной полуволны напряжения, образуется электронный пучок и получают электрическую мощность в другом плече симметричной электрической цепи СТП 11.
Происходит двухполупериодное преобразование конвекционного тока, тока смещения, тока проводимости и энергии электронного пучка в электрическую мощность рабочей частоты сети 13.
Совершив работу в электрической цепи СТП 11, электроны приходят на катод электрической дуги КЭД, где рекомбинируют катионы в атомы и молекулы рабочей среды, вновь подвергаемой ионизации электрической дугой, для очередного цикла получения электроэнергии по предлагаемому способу и передачи электрической мощности рабочей частоты ωp в сеть потребителей 13.
Таким образом, по предлагаемому способу получения электроэнергии осуществляют двухполупериодное преобразование энергии электронного пучка 3 в электрическую мощность конвекционных токов, токов смещения, токов проводимости, трансформируемую на рабочей частоте ωp в сеть потребителей электроэнергии (бортовую сеть мобильного аппарата) 13. Применение индукционного и емкостного преобразования совместно с преобразованием энергии электронного пучка 3 в токи проводимости, используемого в прототипе, существенно повышает коэффициент использования энергии (мощности) электронного пучка 3, увеличивая количество получаемой электроэнергии, и, соответственно, возрастает КПД предлагаемого способа по сравнению с прототипом.
Claims (1)
- Способ получения электроэнергии, заключающийся в ионизации электрической дугой рабочего вещества, создания из него с помощью электронной пушки электронных пучков, двухполупериодном преобразовании части энергии электронных пучков путем их торможения в электроэнергию в виде эквивалентных электрическому заряду пучков токов проводимости, создающих в поляризующейся электрической цепи эквивалентный потенциал и мощность, трансформируемую в сеть потребителей, отличающийся тем, что электронные пучки с частотой двухполупериодного преобразования первоначально направляют в магнитоиндукционные преобразователи, в которых происходит преобразование конвекционного тока, обусловленного направленным движением заряженных микрочастиц в электронном пучке, в электрическую мощность, трансформируемую в сеть потребителей, а затем электронные пучки направляют в рабочие полости с электрической емкостью двойного электрического слоя, последовательно соединенной с электрической емкостью рабочих электродов с металлическими обкладками, с помощью этих емкостей преобразуют электрические заряды пучков в эквивалентное напряжение токов смещения, возникающих за счет изменения электрической индукции в электронных пучках, и электрическую мощность, трансформируемую в сеть потребителей.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014109507/07A RU2578207C2 (ru) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | Способ получения электроэнергии |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014109507/07A RU2578207C2 (ru) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | Способ получения электроэнергии |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014109507A RU2014109507A (ru) | 2015-09-20 |
RU2578207C2 true RU2578207C2 (ru) | 2016-03-27 |
Family
ID=54147512
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014109507/07A RU2578207C2 (ru) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | Способ получения электроэнергии |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2578207C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2678999C1 (ru) * | 2017-11-10 | 2019-02-05 | Сергей Викторович Громов | Способ прямого преобразования кинетической энергии потока диэлектрической среды в электрическую энергию |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU98104786A (ru) * | 1998-03-13 | 2000-01-10 | Б.Н. Казьмин | Способ производства энергии |
RU2178529C2 (ru) * | 1997-04-29 | 2002-01-20 | Праксайр Текнолоджи, Инк. | Способ получения продукта окисления и выработки электроэнергии с использованием твердой электролитической мембраны, обьединенной с газовой турбиной (варианты) |
RU2198461C2 (ru) * | 2001-02-12 | 2003-02-10 | Красноярский государственный технический университет | Способ получения электроэнергии на борту гиперзвуковых самолетов с помощью магнитогидродинамического генератора энергии |
RU2262793C2 (ru) * | 2002-12-19 | 2005-10-20 | Казьмин Богдан Николаевич | Способ производства энергии |
RU2004113182A (ru) * | 2004-04-13 | 2006-02-10 | лков Александр Иванович В (RU) | Способ получения электроэнергии и теплодинамические ионные электрогенераторы на его основе |
RU2290736C1 (ru) * | 2005-06-16 | 2006-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Способ получения электроэнергии на борту гиперзвукового летательного аппарата и мгд-генератор для его реализации |
UA80107U (ru) * | 2011-04-08 | 2013-05-13 | Артем Валентинович Ткаченко | Приспособление для получения электрической энергии |
CN103457509A (zh) * | 2012-05-31 | 2013-12-18 | 佛山市顺德区雷动能源科技有限公司 | 负电性气体离子储能电池及其发电方法 |
-
2014
- 2014-03-12 RU RU2014109507/07A patent/RU2578207C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2178529C2 (ru) * | 1997-04-29 | 2002-01-20 | Праксайр Текнолоджи, Инк. | Способ получения продукта окисления и выработки электроэнергии с использованием твердой электролитической мембраны, обьединенной с газовой турбиной (варианты) |
RU98104786A (ru) * | 1998-03-13 | 2000-01-10 | Б.Н. Казьмин | Способ производства энергии |
RU2198461C2 (ru) * | 2001-02-12 | 2003-02-10 | Красноярский государственный технический университет | Способ получения электроэнергии на борту гиперзвуковых самолетов с помощью магнитогидродинамического генератора энергии |
RU2262793C2 (ru) * | 2002-12-19 | 2005-10-20 | Казьмин Богдан Николаевич | Способ производства энергии |
RU2004113182A (ru) * | 2004-04-13 | 2006-02-10 | лков Александр Иванович В (RU) | Способ получения электроэнергии и теплодинамические ионные электрогенераторы на его основе |
RU2290736C1 (ru) * | 2005-06-16 | 2006-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Способ получения электроэнергии на борту гиперзвукового летательного аппарата и мгд-генератор для его реализации |
UA80107U (ru) * | 2011-04-08 | 2013-05-13 | Артем Валентинович Ткаченко | Приспособление для получения электрической энергии |
CN103457509A (zh) * | 2012-05-31 | 2013-12-18 | 佛山市顺德区雷动能源科技有限公司 | 负电性气体离子储能电池及其发电方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2678999C1 (ru) * | 2017-11-10 | 2019-02-05 | Сергей Викторович Громов | Способ прямого преобразования кинетической энергии потока диэлектрической среды в электрическую энергию |
RU2678999C9 (ru) * | 2017-11-10 | 2019-03-21 | Сергей Викторович Громов | Способ прямого преобразования кинетической энергии потока диэлектрической среды в электрическую энергию |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014109507A (ru) | 2015-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Condon | Forced oscillations in cavity resonators | |
CN101688848A (zh) | 离子迁移谱仪与方法 | |
CN103890897A (zh) | 用于先进等离子体能量处理系统的离子能量控制系统 | |
CA2790794A1 (en) | Accelerator for charged particles | |
CN107852808A (zh) | 等离子体发生器和用于调节离子比例的方法 | |
Baturin et al. | Analytical treatment of the wakefields driven by transversely shaped beams in a planar slow-wave structure | |
Achillides et al. | Partial discharge modeling and induced charge concept: Comments and criticism of pedersen's model and associated measured transients | |
RU2578207C2 (ru) | Способ получения электроэнергии | |
Phansiri et al. | Study on the electromechanics of a conducting particle under nonuniform electric field | |
Zhang et al. | A new kind of low-inductance transformer type magnetic switch (TTMS) with coaxial cylindrical conductors | |
Baiburin et al. | Generation in crossed fields under parametric variation in the magnetic field | |
Voss et al. | The wake field acceleration mechanism | |
RU2553574C2 (ru) | Способ свч-генерации на основе электронных пучков | |
RU2580955C2 (ru) | Способ создания электродинамической тяги | |
Ryzhov et al. | The model of plasma-electronic technology of producing electricity from electron beams | |
RU2521868C2 (ru) | Способы получения водорода из воды и преобразования частоты, устройство для осуществления первого способа (водородная ячейка) | |
Jana et al. | An improved parametric method for selecting different types of Tesla transformer primary coil to construct an artificial lightning simulator | |
CN204217195U (zh) | 激光等离子体共振x光源 | |
Adler et al. | Excitation and amplification of cyclotron waves and thermal orbits in the presence of space charge | |
RU2262793C2 (ru) | Способ производства энергии | |
Perkovac | Maxwell's equations for nanotechnology | |
Zhao et al. | Analysis of the effect of field non-uniformity on energy conversion efficiency in a cyclotron-wave rectifier | |
Kato et al. | Development of capacitive‐coupled hall‐type MHD generator | |
RU2614987C1 (ru) | УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (Варианты) | |
RU2551371C1 (ru) | Способ генерации свч квантов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170313 |