початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2105407

СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ І ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО ЗДІЙСНЕННЯ

Ім'я винахідника: Токарев Володимир Омарович; Тимохін Олександр Іванович; Цатурян Тигран Григорович
Ім'я патентовласника: Токарев Володимир Омарович; Тимохін Олександр Іванович; Цатурян Тигран Григорович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1996.09.06

Спосіб отримання електричної енергії включає формування пучка електронів 35 шляхом нагрівання катода 2 і направлення його на підкладку 15 з плазмообразующего матеріалу. Пучок електронів проходить через екран, виконаний у вигляді двох сполучених меншими підставами усічених конусів 12, 13. Що утворюється плазмовий потік 37 концентрують в конусі 13 і закручують його. При цьому за рахунок поділу за масам електронів та іонів створюється різниця потенціалів між поверхнею конуса 13 та поверхнею колектора 14. У порожнині конуса 12 утворюють стоячу хвилю, що перешкоджає розльоту плазмового згустку 34. Пристрій містить катод 2, анод 4, систему нагріву катода. Катод 2 та анод 4 розміщені в корпусі 1. Корпус 1 встановлений в склянці 18. На корпусі 1 закріплений лучепровод у вигляді конічного сопла 8. Лучепровод з'єднаний з екраном через камеру 10 з отворами 11. Підкладка 15 з плазмообразующего матеріалу розміщена в нижній частині стакана 18 . У порожнині конуса 13 встановлений колектор 15.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано для отримання електричної енергії шляхом перетворення теплової енергії плазми в електричну.

Відомий реалізований пристроєм спосіб отримання електричної енергії, згідно з яким отриманої в термоядерному реакторі плазмі повідомляють по каналам прямолінійне переміщення і здійснюють перетворення в електричну енергію за допомогою установки на шляху переміщення плазми декількох колекторних грат, виконаних у вигляді "венеціанських жалюзі" (див. Патент США N 3816771 , кл. 310-5, 1974).

Недоліками даного технічного рішення є складність і дорожнеча виготовлення обладнання та здійснення способу, значні габарити конструкції, що реалізує спосіб, і недостатній рівень екологічної безпеки, характерний для експлуатації ядерних реакторів.

Найбільш близьким до запропонованого технічного рішення (способу і пристрою) є спосіб отримання електричної енергії, що реалізується термоіонним перетворювачем енергії (патент США N 3300661, кл. 310-4, 1967) - найбільш близький аналог.

Пристрій містить корпус, встановлені в ньому анод і катод, призначений для випромінювання електронів, іонізуючу частину, що знаходиться в контакті з випромінюючої поверхнею, і систему нагріву катода і іонізуючої частини. Робота виходу анода менше роботи виходу катода.

Спосіб здійснюють наступним чином.

За допомогою системи нагріву розігрівають катод, який випромінює електрони. У порожнині пристрою отримують низькотемпературну плазму. В процесі закінчення з поверхні катода електронів відбувається контактна іонізація парів металу з частковою конденсацією на поверхнях анода і катода і перетворення теплової енергії в електричну.

Недоліком даного винаходу є низький коефіцієнт корисної дії при перетворенні теплової енергії в електричну. Це не дозволяє використовувати винахід в промислових цілях. Відсутність можливості управління іонізіруемим потоком знижує функціональні можливості пристрою, підвищує ймовірність аварій, що негативно позначається на екологічному стані навколишнього середовища. Істотним недоліком винаходу є і наявність зворотного потоку, який випаровується,, який конденсується на робочих поверхнях катода і анода, ускладнюючи фізичний процес знімання електричної енергії, випромінюваної у внутрішньому обсязі пристрою.

Завданнями цього винаходу є: підвищення коефіцієнта корисної дії при отриманні електричної енергії, здешевлення її отримання, а й забезпечення безпеки та екологічної чистоти при здійсненні даного винаходу.

Поставлені завдання вирішуються тим, що в способі отримання електричної енергії, що включає створення потоку електронів шляхом нагрівання катода і створення різниці потенціалів, новим є те, що потік електронів формують в пучок електронів і направляють його на підкладку з плазмообразующего матеріалу через екран, виконаний у вигляді двох пов'язаних меншими підставами усічених конусів, при цьому в порожнині конуса, зверненого до підкладки, розміщують колектор, причому утворений плазмовий потік концентрують в порожнині цього конуса, а в порожнині другого конуса утворюють стоячу хвилю, при цьому утворений згусток плазми закручують, забезпечуючи створення різниці потенціалів між колектором і конусом, зверненим до підкладки, за рахунок осадження електронів на поверхні колектора, а іонів - на поверхні конуса.

Для реалізації запропонованого способу розроблено пристрій, що включає катод і анод, встановлені в корпусі, і систему розігріву катода, в якому, відповідно до винаходу, корпус встановлений в склянці, а на корпусі закріплений лучепровод у вигляді конічного сопла, причому лучепровод через камеру з отворами з'єднаний з екраном, виконаним у вигляді двох усічених конусів, з'єднаних меншими підставами, при цьому вершина конуса сопла розташована в площині сполучення малих підстав конусів, причому в нижній частині стакана розміщена підкладка з плазмообразующего матеріалу, а в порожнині конуса, зверненого до підкладки, встановлений колектор.

Пристрій характеризується і тим, що підкладка розміщена в тиглі, виконаному з вогнетривкого матеріалу з можливістю обертального і обертально-поступального переміщення за допомогою приводу. Кут конусності конусів екрану вибирають в інтервалі 16 - 48 градусів, а на колекторі і на зовнішніх поверхнях конусів екрану розміщені електричні котушки. Стакан корпусу виконаний збірним, порожнину корпусу з'єднана з Турбомолекулярний насосом, а порожнину склянки - з форвакуумним насосом.

Суть винаходу пояснюється кресленням, на якому представлено пристрій для отримання електричного струму, осьової розріз.

Пристрій для отримання електричної енергії складається з корпусу 1, в якому розміщені катод 2, прікатодном електрод 3, а і анод 4 з кільцями 5 і магнітна лінза 6. На торцевій поверхні корпусу 1 за допомогою кріпильних елементів 7 виявлено лучепровод, виконаний у вигляді конічного сопла 8. На лучепроводе допомогою гайок 9 закріплена камера 10 з отворами 11 і перший електрод (екран), виконаний у вигляді з'єднаних меншими підставами усічених конусів 12 і 13. У порожнини конуса 13 розміщений другий електрод (колектор) 14, а під ним, в нижній частині стакана, - металева підкладка 15. підкладка може бути розташована в тиглі 16, виконаному з вогнетривкого матеріалу і встановленому на підставі 17. Підстава 17 розміщено на дні чарки 18 і має можливість обертання і зворотно-поступального переміщення за допомогою приводу (не показаний). Поруч зі склянкою розташовані джерело 19 іонізованих парів і трансформатор 20 з елементами 21 підключення до електричного джерела і елементами 22 для вторинного підключення до електричного джерела енергії за допомогою проводів 23 і вимикача 24, з'єднаного з споживачем 25 вироблюваної електричної енергії через вимикач 26, з'єднаний в єдину електричну ланцюг з другим електродом 14, на якому розміщена електрична котушка 27, а на зовнішній поверхні усічених конусів 12 і 13 (перший електрод) розміщена електрична котушка 28.

Стакан 18 може бути виконаний збірним, так як в процесі роботи спостерігаються високі температурні режими і виникає необхідність заміни повністю склянки або різних його частин. Тому стакан складається з елементів 29 і 30, прикріплених до основи 18. До елементу 30 склянки прикріплений патрубок 31, до якого приєднаний турбомолекулярний насос 32, призначений для відкачування корпусу, а до патрубку 33 приєднаний форвакуумний насос 34, призначений для відкачування порожнини склянки. (Насоси на схемі показані фрагментарно).

Спосіб отримання електричної енергії здійснюють за допомогою описаного вище пристрою наступним способом.

Спочатку, в залежності від температури плавлення плазмообразующего матеріалу підкладки 15, монтують на корпус 1 конічне сопло 8 з потрібним кутом ( ) При вершині усіченого конуса. Ця залежність наведена в табл. 1 (отримана на підставі експериментальних даних).

Перед монтажем конічного сопла 8 визначають число Маха в залежності від величини електричного струму, що виробляється катодом 2 (див. Табл. 2).

У практичній діяльності значення числа Маха a> 4 не використовують і тому в табл. 2 значення числа Маха починаються з M = 1,2.

Практично кут не може бути більше 48 град., Так як при цьому значення числа Маха має бути більше 3-х, що при впливі концентрованого потоку енергії (електронного пучка) забезпечити неможливо. Як показали експериментальні роботи, при <16 град. пристрій має дуже великі габарити, що призводить до порушення формування згустку плазми. Тому кут визначений в межах 16 град. 48 град.

Далі приєднують лучепровод, який встановлюють таким чином, щоб вершина усіченого конуса сопла 8 перебувала в площині сполучення підстав усічених конусів 12 і 13 першого електрода. Далі до пристрою під'єднують споживач електричної енергії та трансформатор 20. Всі роз'єми перевіряють течошукачем. Включають форвакуумний насос 34 і після створення в склянці тиску 6,65 Па включають турбомолекулярний насос 32, який здійснює відкачку порожнини корпусу 1 до тиску 6,65 · 10 ^-3 Па.

Потім включають трансформатор 20 і розігрівають катод 2 до температурі 1500 -1600 град.C, при якій з його поверхні починається інтенсивне витікання електронів. Одночасно відповідну напругу подають на прікатодном електрод 3, анод 4 і магнітну лінзу 6. Елемент електронного пучка 35, рухаючись з високими швидкостями, потрапляє на підкладку 15, в результаті чого матеріал підкладки іонізується і в підсумку вторинні і відбиті електрони 36 спрямовуються в напрямку конуса 13 , утворюючи згусток низькотемпературної плазми 37 з каналом 38, необхідним для проходження електронного пучка. За рахунок того, що на шляху потоку, що виходить з підкладки 15, встановлено усічений конус, то потік (як це відомо з газодинаміки) "відчуває" вершину конуса і починає гальмуватися, утворюючи стоячу хвилю. При цьому електрони електронного пучка самі є генераторами закрутки рухаються назустріч електронів та іонів, так як "оброблюваний" ними матеріал (знаходиться в тиглі) переміщається, створюючи температурний градієнт між тиглем і першим електроном. За рахунок руху електронів і тигля і температурного градієнта створюються відцентрові сили, які розкручують електрони та іони. Електрони, маса яких значно менше маси іонів, розкручуються ближче до осі електронного пучка, а іони на більш далекій відстані утворюють своє окреме обертання.

Стояча хвиля 39, що складається з частинок, який випаровується,, гальмує частки парогазового потоку, що рухаються зі швидкістю 10 ³ - 10 ⁵ см / с. За рахунок того, що сам електронний пучок є генератором закрутки, а швидкість обертання потоку залежить і та від величини струму електронного концентрованого пучка, то зі збільшенням струму, як показали дослідження, швидкість обертання частинок потоку досягає до 100 об / с і більше. Так як електрони мають масу близько 10 ³¹ кг, а іони - 10 ^-27 кг, то радіуси їх обертання різко розрізняються. Електрони осідають на поверхні другого електрода. Одночасно, в разі необхідності, в цю середу вводять іонізований потік із джерела 19.

Між електродами створюється досить велика різниця потенціалів, яка, в порівнянні з живильним катод 2 напругою, може відрізнятися від двох і більше разів. При відповідних режимах і числі оборотів пароподібного потоку частинок різниця потенціалів може досягати дуже великих значень, відповідних різниці мас електрона і іона.

Далі включають вимикачі 24 і 26, під'єднуючи до пристрою споживач електричної енергії 25, а трансформатор 20 відключають від джерела живлення і пристрій починає працювати за рахунок власної виробленої енергії. При необхідності трансформатор може залишатися включеним.

В процесі роботи пристрою плазмовий згусток 37 постійно поповнюється плазмою, що генерується електронним пучком з іонообразующей підкладки 15. Плазмовий згусток утримують протягом робочого часу, яка визначається необхідністю заміни підкладки. Поділ електронів та іонів відбувається практично миттєво за рахунок впливу відцентрових сил. При цьому відбувається підзарядка частинок випаровується, за рахунок взаємодії з іонами, що обертаються навколо згустку плазми, що сприяє отриманню різниці потенціалів між першим і другим електродами (до 300 - 400 В і більше).

Для створення додаткових сил, які сприяють утриманню плазмового згустку, можна використовувати електричні котушки 27 і 28. Це необхідно у випадках, коли швидкість обертання плазми не перевищує 100 об / с.

Перевірку промислової застосовності винаходи здійснювали на пристрої з наступними параметрами:

Прискорювальна напруга (кВ) - 15

Робочий струм (мА) - 200

Плазмообразующий матеріал Амг - 6

Швидкість переміщення плазмообразующего матеріалу (м / ч) - 35

Час утримання плазмового згустку (ч) - 0,5

Тиск в склянці (Па) - 6,65

Тиск в корпусі з катодом і анодом (Па) - 6,65 · 10 ^-3

Температура парової фази матеріалу Амг 6 приблизно дорівнює 2440 град. C. Для реєстрації формування плазмового згустку і його утримання в площині пристрою була використана швидкісна кінозйомка. Для цього в першому і другому електродах були виконані спеціальні пази, через які зйомка і здійснювалася. Одночасно вимірювали різницю потенціалів між стінками колектора і стінками склянки. Різниця потенціалів склала 380 В, а струм зафіксований на рівні 10 А, потужність - 4 кВт.

Роботи, проведені на пристрої, підтвердили, що відбувається відділення електронів від іонів, а й їх обертання навколо електронного концентрованого пучка, що якраз і обумовлює умови отримання джерела енергії.

Для підтвердження обертання парогазового потоку був знятий другий електрод 14 і на внутрішній стінці першого колектора була встановлена ​​перегородка, після чого проводилося увімкнути функцію дзвінків.

Після закінчення роботи внутрішня порожнина першого електрода була сфотографована. На фотографії чітко видно, що перегородка з одного боку чиста, а з іншого - напилена. Цей ефект можна отримати тільки в тому випадку, якщо потік обертається.

Винахід дозволяє отримати дешеву електричну енергію за умови дотримання екологічної чистоти процесу, за допомогою здійснення сталого управління плазмовим процесом. Пристрій просто у виготовленні, надійно в експлуатації. Спосіб має широкі технологічними можливостями, безпечний в реалізації і може бути використаний в суміжних областях науки і техніки, в яких застосовують електронний потік.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб отримання електричної енергії, що включає створення потоку електронів шляхом нагрівання катода і створення різниці потенціалів, що відрізняється тим, що потік електронів формують в пучок електронів і направляють його на підкладку з плазмообразующего матеріалу через екран, виконаний у вигляді двох сполучених меншими підставами усічених конусів, при цьому в порожнині конуса, зверненого до підкладки, розміщують колектор, причому утворений плазмовий потік концентрують в порожнині цього конуса, а в порожнині другого конуса утворюють стоячу хвилю, при цьому утворений згусток плазми закручують, забезпечуючи створення різниці потенціалів між колектором і конусом, зверненим до підкладки, за рахунок осадження електронів на поверхні колектора, а іонів на поверхні конуса.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в утворений плазмовий потік подають іонізований компонент.
3. Пристрій для отримання електричної енергії, що включає катод і анод, встановлені в корпусі, і систему нагріву катода, що відрізняється тим, що корпус встановлений в склянці, при цьому на корпусі закріплений лучепровод у вигляді конічного сопла, причому лучепровод через камеру з отворами з'єднаний з екраном, виконаним у вигляді двох усічених конусів, з'єднаних меншими підставами, при цьому вершина конуса сопла розташована в площині сполучення малих підстав конусів, причому в нижній частині стакана розміщена підкладка з плазмообразующего матеріалу, а в порожнині конуса, зверненого до підкладки, встановлений колектор.
4. Пристрій по п.3, що відрізняється тим, що підкладка розміщена в тиглі, виконаному з вогнетривкого матеріалу.
5. Пристрій по п.3, що відрізняється тим, що підкладка має можливість обертального і зворотно-поступального переміщення за допомогою приводу.
6. Пристрій по п.3, що відрізняється тим, що кут конусності усічених конусів екрану складає 16 48 ^o.
7. Пристрій по п.3, що відрізняється тим, що на колекторі і на зовнішніх поверхнях конусів екрану розміщені електричні котушки.
8. Пристрій по п.3, що відрізняється тим, що стакан виконаний збірним.
9. Пристрій по п.3, що відрізняється тим, що порожнина корпусу з'єднана з Турбомолекулярний насосом.
10. Пристрій по п.3, що відрізняється тим, що порожнина склянки з'єднана з форвакуумним насосом.

Версія для друку
Дата публікації 23.12.2006гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів