| 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) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2110131
Магнітогідродинамічним СПОСІБ ПЕРЕТВОРЕННЯ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ
В ЕЛЕКТРИЧНУ ЗАМКНУТОГО циклу (МГД-ГЕНЕРАТОР)
Ім'я винахідника: Славін В.С .; Данилов В.В.
Ім'я патентовласника: Красноярський державний технічний університет
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1996.08.06
Спосіб включає розгін потоку інертного газу, створення в потоці перед входом в канал МГД-генератора періодичних за часом шарів з підвищеною електропровідністю, переміщення і самопідтримки таких шарів в каналі за рахунок енергії потоку. Шари з підвищеною електропровідністю створюються за допомогою імпульсних пучків електронів високої енергії. Потужність пучків визначається з умови: n е> n саха(Ion), де n е - концентрація електронів в шарах: n саха - рівноважна концентрація електронів, що визначається з рівняння Саха; T ion - порогова температура, з якою починається лавиноподібний термічна іонізація. Температура в електропровідних шарах Т е підтримується в діапазоні: 4000 К <Т і<T ion.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до виробництва електричної енергії і може бути використане в електросилових установках, які здійснюють перетворення теплової енергії в електричну. Особливу важливість цей винахід може знайти при створенні потужної космічної електростанції, де замкнутість циклу для робочого тіла установки має принципове значення.
Відомий спосіб отримання електричної енергії в холлівських МГД генераторі з нерівноважної провідністю [1], що полягає в тому, що при русі одноатомного газу, що містить близько 0,01% присадки лужних металів, в поперечному магнітному полі МГД каналу в ньому відбувається розвиток електричного розряду, що підтримується індукованим електричним полем. Розряд в одноатомних газі є нерівновагим, і в ньому температура електронів виявляється значно вище (T e приблизно 4000К) температури газу (T g приблизно 1000К).
При такій температурі електронів лужної метал присадки виявляється повністю іонізованним і електропровідність плазми 
, Що визначається лише іонізацією присадки, буде залежати від температури електронів як T -e1/2.
Реалізоване тут умова 
визначає стійкість розряду до розвитку ионизационной нестійкості. Недоліком даного способу є використання присадки, яку важко ввести однорідно в газовий потік, а потім провести глибоке очищення відпрацьованого газу від присадки. Крім того, в холлівських генераторі ізентропійная ефективність процесу залежить від параметра Холла і для досягнення задовільних характеристик потрібно, щоб цей параметр був більше 10.
Однак турбулентність надзвукового потоку в каналі МГД генератора не дозволяє підняти параметр Холла вище 3.
Відомий спосіб [2] отримання електричної енергії в фарадеевского МГД генераторі замкнутого циклу, що включає створення за допомогою системи імпульсного високовольтного електричного розряду початкової іонізації в інертному газі, що не містить присадку лужного металу. Розрядник працює в періодичному режимі, і в результаті в потоці газу з'являється серія плазмових згустків, що забезпечують МГД взаємодія газового потоку з магнітним полем. Сам газовий потік залишається неелектропроводной, але, штовхаючи плазмові шари в поперечному магнітному полі, він робить роботу і таким чином перетворює свою теплову енергію в електричну. Електропровідність плазмових шарів підтримується за рахунок нагріву електронного газу електричним струмом, що протікає в шарах.
При цьому характер газового розряду в електропровідних шарах виявляється нерівновагим, в тому сенсі, що температура електронів тут значно вище, ніж в газі. Для створення електропровідності в цьому способі використовується механізм термічної іонізації, який вимагає, щоб температура електронів була вище порогового значення T ion. При T e> T ion) виникає лавиноподібне наростання концентрації вільних електронів. Ці порогові температури різні для різних газів і, наприклад, для аргону T ion приблизно 3000, для гелію T ion приблизно 15000. Розглянутий спосіб є найбільш близьким рішенням до мети цієї заявки, тому вибираємо його в якості прототипу. Тут вдається уникнути зазначених в способі [1] недоліків, оскільки тут немає лужної присадки і сам тип МГД генератора є фарадеевского.
Однак прототипу притаманні свої недоліки, які зроблять його роботу трохи ефективною. В описаних умовах, як правило, концентрація електронів n e менше рівноважного значення, що визначається з рівняння Саха. Підвищення електронної температури призведе до зростання n e і відповідно до зростання електропровідності, т. Е. Тут виконується умова розвитку ионизационной нестійкості 
, Яка різко знижує ефективність генераторного процесу. Крім того, з досвіду високовольтних нерівноважних газових розрядів відомо, що організація потужнострумового однорідного розряду, тривалість якого> 10 -5 с, практично не можлива, що ставить під сумнів можливість створення системи попередньої іонізації на основі такого розряду.
Метою винаходу є підвищення стійкості газо-плазмового потоку до розвитку ионизационной нестійкості.
Поставлена мета досягається тим, що в магнітогідродинамічним способі перетворення теплової енергії в електричну замкнутого циклу, що включає розгін потоку інертного газу, створення в потоці перед входом в канал МГД генератора періодичних за часом шарів з підвищеною електропровідністю, переміщення і самопідтримки зазначених верств в каналі МГД генератора за рахунок енергії потоку, зняття корисної потужності, згідно з винаходом для створення шарів з підвищеною електропровідністю використовують імпульсні пучки електронів високої енергії, потужність яких визначають з умови, n e> n саха(T ion), де n e - концентрація електронів в електропровідних шарах; n саха рівноважна концентрація електронів, що визначається з рівняння Саха; T ion - порогова температура, з якою починається лавиноподібний термічна іонізація, при цьому електронну температуру в електропровідних шарах підтримують в діапазоні: 4000K <T
<T
, Де T e - температура електронів в електропровідних шарах. Рекомбінація в інертних газах має особливість, яка полягає у тому, що при температурі електронів вище 4000K швидкість рекомбінації різко зменшується більш ніж в 100 разів по рівнянню з плазмою лужних металів. Таким чином, виконання умови 4000К <T
<T
дозволяє загальмувати процес рекомбінації і зберегти нерівноважну електропровідність протягом усього періоду руху плазмового згустку по МГД каналу. При цьому в рекомбинируют плазмі виконується умова , Яке дозволяє придушити іонізаційну нестійкість.
На кресленні показано пристрій для здійснення запропонованого способу.
 |
Пристрій містить сверзвуковое сопло 1, систему 2 імпульсної інжекції електронного пучка, СВЧ-джерело 3, електроди 4 канали МГД - генератора, обмотку 5 електромагніту, електропровідні шари плазми 6, канал 7 МГД -генератори, систему 8 харчування навантаження, навантаження 9. |
Спосіб здійснюється наступним чином. Нагрітий інертний газ (наприклад, гелій), температура якого може вибиратися з діапазону 1500K <T
<З000К, розганяють в надзвуковому соплі 1. Перед входом в канал МГД-генератора періодично за допомогою системи 2 инжектируются пучок електронів високої енергії ( 
300 кеВ, при струмі в пучку 
1А), в результаті чого в газовому потоці виникають нерівноважні електропровідні плазмові шари. Для підтримки електронної температури в діапазоні 4000 К <T
<T
на вхідному ділянці каналу, що не містить магнітне поле, передбачений підведення електромагнітної енергії від СВЧ-джерелами 3. Далі газовий потік вносить електропровідні шари в МГД-канал 7, де під час руху в поперечному магнітному полі, створюваному обмоткою 5, виникає індукована ЕРС. Тут підтримку електронної температури в електронних шарах здійснюється за рахунок виділення тепла від протікання індукованого струму, який регулюється системою харчування 8. Корисна потужність виділяється в навантаженні 9.
Чисельне моделювання генераторного процесу, що реалізує описаний спосіб, показало, що в гелії може бути реалізований режим з наступними параметрами ефективності:
- ступінь перетворення ентальпії в електроенергію - 42%;
- ізентропійная ефективність (внутрішній ККД) - 84%.
Установка з такими параметрами дозволить створити МГД електростанцію із загальним ККД більше 60% в умовах земної енергетики, а в разі космічного застосування питома потужність енергетичної установки може скласти приблизно 3 кВт / кг, що приблизно в сто разів вище, ніж у використовуваних в даний час панелей сонячних елементів. Математичне моделювання показало і, що в генераторному процесі з неоднорідним газо-плазмовим потоком гелію відсутні ефекти ионизационной нестійкості.
ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ
T.Okamura, et al., "Review and New Results of High Enthalpy Extraction Experiments at Tokyo Institute of Technology," 32nd Symh. Engineering Aspects of MHD, Session 11, Pittsburgh, USA, Juntl994.
Slavin VS, Zeiinsky NI, Lazareva NN "Persianov PG" Disk Closed Cycle MHD Generator with Faraday Type Channel Working on Pure Noble Gas ", стаття в збірнику праць Міжнародної конференції" 11-th Intern. Conf. on MHD Electrical Power Generation ", Vol.4, pp. 1190-1198, Академія наук Китаю, Пекін, 1992.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Магнітогідродинамічний спосіб перетворення теплової енергії в електричну замкнутого циклу, що включає розгін потоку інертного газу, створення в потоці перед входом в канал МГД генератора періодичних за часом шарів з підвищеною електропровідністю, переміщення і самопідтримки зазначених верств в каналі МГД генератора за рахунок енергії потоку, зняття корисної потужності , що відрізняється тим, що для створення шарів з підвищеною електропровідністю використовують імпульсні пучки електронів високої енергії, потужність яких визначають з умови
n е> n Саха(T ion),
де n е - концентрація електронів в електропровідних шарах;
n Саха - рівноважна концентрація електронів, що визначається з рівняння Саха;
T ion - порогова температура, з якою починається лавиноподібний термічна іонізація,
при цьому електронну температуру в електропровідних шарах підтримують в діапазоні 4000К <Ті <T ion, де Ті - температура електронів в електропровідних шарах.
Версія для друку
Дата публікації 05.11.2006гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.