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 RU2277643

ПЛАЗМОВИЙ ДЖЕРЕЛО ІОНІВ ДЛЯ ВИРОБЛЕННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ

Ім'я винахідника: Катаргін Рудольф Клавдиевич (RU)
Ім'я патентовласника: Катаргін Рудольф Клавдиевич (RU)
Адреса для листування: 129090, Москва, вул. Щепкіна, 27, корп.1, кв.2, Р.К.Катаргіну
Дата початку дії патенту: 2004.11.18

Винахід відноситься до галузі машинобудування. Плазмовий джерело струму являє собою прототип магнітогідродинамічної генератора струму. Складається з двох джерел іонів протилежного заряду, один з них водневий (паливний) з позитивними іонами, інший кисневий (окислювальний) з негативними іонами. Обидва джерела розташовані під кутом один до одного, щоб їх истекающие іонні струменя перетиналися і взаємно компенсували заряди. Водневе джерело за допомогою високочастотної плазми і магнітного поля виробляє на сітці у днища кварцового циліндра електрони, які по електричним провідникам через корисне навантаження (лампочку або електродвигун) перетікають на сітку кисневого джерела. Тут кисень, теж підігрітий вже своїм високочастотним індуктором до атомарного стану, в силу свого властивості спорідненості до електрону, поглинає прийшли від водню електрони, перетворюючись в електронегативні іони. Кільце струму від кисневої сітки проходить через замкнуті в просторі іонні потоки - по плазмі водневого корпусу до сітки, звідки через навантаження (електродвигун або лампу) доходить до кисневого електрода - сітки. Магнітне поле є, як і в МГД генераторах, головною дійовою елементом, просторово розділяє електронний та іонні потоки палива і окислювача, для звершення корисної роботи в електродвигуні. Винахід дозволяє одночасно отримати електроенергію і нейтралізувати заряди електродвигунів.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до галузі машинобудування, зокрема до плазмових джерел іонів, призначених для вироблення електроенергії і виконують функцію магнітогідродинамічної генератора струму (МГД).

Відомі МГД є перетворювачами хімічної енергії палива в електричну шляхом температурної іонізації газового потоку і поділу його на електронну та іонну компоненти за рахунок продування в поперечному магнітному полі. Подальше з'єднання потоків електронів та іонів через провідники корисного навантаження (лампочки, електродвигуни і т.д.) дає необхідну кількість електричної потужності для споживачів. Принцип подібного отримання електрики теоретично дуже перспективний, однак, в подальшу практику не пішов через низьку стійкості до температур конструкційних матеріалів сучасності [Мірдель Г. Електрофізика, М .: Мир, 1972, с.242].

На принципі поділу газоподібних речовин на іони і електрони створюються і успішно використовуються і та іонні джерела як з позитивними, так і з негативними іонами [Фізика і технологія джерел іонів, ред. Я.Браун, М., Мир, с.382]. На базі іонних джерел виконані електрореактивних двигуни для космічних апаратів, що застосовуються для корекції орієнтації супутників землі в просторі. За рахунок подібних перспективних розробок іонні джерела на двигунах доведені до високої працездатності, коефіцієнт корисної дії (ККД) досягає до 70-80% [Фаворський О.Н. та ін. Основи теорії космічних електрореактивних рухових установок. М .: Вища школа, 1978, с.170], що цілком порівнянно з результативністю паливних елементів.

В принципі, електрореактивних двигун - це іонний джерело, всього лише одягнений в чохол-корпус. Завдяки руховому застосування джерел іонів поза атмосферою виявилася дуже незвичайна особливість. При витіканні з сопла прискореного іонного потоку в космічний простір, зазвичай позитивного, на корпусі двигуна утворюється заряд протилежного знака і, якщо не вжити необхідних заходів, то кулоновская сила зупиняє іонний потік, і всі вилетіли заряджені частинки вимушено повертаються назад. І якою б потужне джерело електричного струму не працював на створення іонної струменя, повернення іонів назад забезпечений. Зважаючи на це біля зрізусопла встановлюють інший джерело протилежного заряду (зазвичай електронний) для нейтралізації струменя іонів, злиття з електронами компенсує заряд основного потоку [Гришин С.Д. і ін. Електричні ракетні двигуни. М .: Машинобудування, 1975, с.111] і тим самим знімається заряд з корпусу за рахунок електричного з'єднання проводами нейтралізуючого пристрою електронів з далеким від сопла електродом двигуна. На даному принципі є можливість створення джерела струму по прямому перетворенню енергії при окисленні палива в електричну енергію аналогічно МГД генератора.

Технічним результатом, на досягнення якого спрямована винахід, є підвищення ефективності отримання електроенергії.

Зазначений технічний результат досягається тим, що плазмовий джерело струму, що включає в себе іонний електрореактивних двигун з джерелом іонів і електричні електроди, замикаються через корисне навантаження, містить другий електрореактивних двигун з другим джерелом іонів протилежних зарядів, розташований під кутом до першого двигуну, для забезпечення перетину що виходять з сопел струменями і нейтралізації їх зарядів, причому електричні електроди двигунів виконані у вигляді сітки, газ окислювача розігрівають тільки до атомарного стану і в результаті порушення він забирає електрони з вихідного електрода-сітки (у сопла кисневого джерела), а вона, в свою чергу , отримує їх у паливного джерела позитивних іонів з електрода, далекого від сопла.

Для цього необхідно застосувати два електрореактивних двигуна, один з яких дає струмінь, скажімо, позитивних іонів водню (паливо), інший кисневий (окислювач) випускає потік негативних іонів. Уявімо собі, що корпуса двигунів не з'єднані між собою електрично, спробуємо запустити їх і дати можливість обом іонним струменям перетнутися (об'єднається). Вилетіли потоки іонів компенсують свої заряди в просторі за двигунами, але тільки спочатку. Закінчення обох струменів після першого імпульсу зупиниться, оскільки зарядиться обидва корпуси двигунів на величину вилетіли іонів. Водневий корпус негативним знаком - надлишком електронів, кисневий ж зарядиться позитивним знаком - нестачею електронів. Якщо з'єднати корпусу двигунів провідником через електролампу або електродвигун, то ми даємо можливість перетікати електрони з водневого корпусу на кисневий, і тоді потоки іонів з сопел потечуть нормально з подальшим утворенням парів води при з'єднанні в просторі і при цьому буде обертатися електродвигун або горіти лампочка. Рух електронів по провіднику і є електричний струм, тобто виходить генератор струму.

На фіг.1 наведено приклад конструктивного виконання електрореактивних двигуна.

На фіг.2 наведена схема джерела струму, що включає два електрореактивних двигуна.

Для прикладу конструктивного виконання зазначеного принципу токоутворення розумно використовувати найпростіший, на наш погляд, електрореактивних двигун RIT-10, розроблений в ФРН на початку сімдесятих років [Гришин С.Д. і ін. Електричні ракетні двигуни. М .: Машинобудування, 1975, с.97]. Двигун являє собою (фіг.1) кварцовий циліндр 1 з днищем (подібно склянці), осяяний індуктором 2 високочастотного електромагнітного поля з частотою в межах 10-300 МГц. Через днище і електричний електрод - анодний сітку 3 вводиться водень з балона 4, який відразу ж потрапляє в високочастотне електромагнітне поле індуктора, в результаті утворюється плазма. У ній під дією високої частоти атоми газу розпадаються на іони і електрони, а останні завдяки негативному заряду вимушено повертаються назад на анодний сітку 3, заряджену позитивно від джерела струму. Іони водню, маючи позитивний заряд, розганяються електричним полем джерела струму до негативного електроду катода 5 і в силу великої маси (в порівнянні з електроном) і швидкості проскакують сітку 5, яка є соплом закінчення, де і вилітають струменем в космічний простір. Ось тут у сопла, трохи збоку, для компенсації позитивного заряду струменя зазвичай ставиться нейтралізатор у вигляді джерела електронів, який емітує їх в напрямку позитивної струменя.

Якщо в якості нейтралізатора застосувати не електронний, а джерело негативних іонів кисню, атом якого, як ми знаємо, легко перетворюється в мінус-іон завдяки високому значенню спорідненості до додаткового електрону (озон в природі), тоді компенсація заряду водневої струменя забезпечується з'єднанням іонів з утворенням водяної пари.

Для конкретного прикладу на фіг.2 зображена установка з двох електрореактивних двигунів, одного водневого, іншого кисневого, розташованих осями руху газів під прямим кутом для перетину реактивними струменями. На водневому корпусі 1 двигуна крім високочастотного індуктора 2 розташована додатково котушка 6 постійного магнітного поля уздовж осі корпусу, метою влаштування місцевого посилення магнітного поля встановлюється котушка 9 для створення магнітної пробки у сопла. Такий же принцип використання магнітної пробки був дуже вдало апробований на електрореактивних двигуні (СПД) А.І.Морозова [Фаворський О.Н. та ін. Основи теорії космічних електрореактивних рухових установок. М .: Вища школа, 1978, с.162].

Робота установки в принципі аналогічна раніше описаного одиночному двигуну. При подачі газу з балона 4 в порожнину водневого (паливного) циліндра в високочастотному полі індуктора газ стає згустком плазми розжарюється до 14-19 тис. Градусів [Високочастотний електротермія. Довідник, ред. А.В.Донской, М .: Машинобудування, 1965, с.275] і розпадається на іони і електрони. У поздовжньому магнітному полі котушки 3 електрони в силу свого негативного заряду обертаються навколо силових ліній магнітного поля і змушені дрейфувати вліво до днища циліндра і осідати на електричному електроді - сітці 5 [Арцимовіч Л.А. та ін. Рух заряджених частинок в електричних і магнітних полях. М .: Наука, 1972, с.55, с.207]. Якщо випадково електрон піде уздовж магнітної лінії вправо, він потрапить в область сильного поля магнітної пробки котушки 9, відіб'ється і кинеться назад до сітці 3. Іони водню, маючи позитивний заряд, і теж завдяки обертанню від сили Лоренца, спрямовуються вправо уздовж магнітних ліній і за рахунок підвищеної маси проскакують магнітну пробку і вилітають через кільце 7 з сопла двигуна в простір. Випадково пішов іон в сторону днища (в ліву сторону) втратить енергію на дисоціацію і іонізацію надходять з балона 4 молекул і повернеться в центр високочастотного поля. Точно і в МГД генераторах газ поділяється на іонні та електронні компоненти магнітним полем, де іони і електрони завдяки різним знакам заряду навиваются на магнітні лінії в протилежних напрямках і дрейфують до своїх електродів.

Корпус кисневого двигуна 8 не має постійного магнітного поля за непотрібністю, високочастотне поле індуктора шляхом обмеженого нагріву газу змушує молекули розпадатися на окремі атоми і не більше. Такі атоми термічно збуджені і під тиском маси газу з балона змушені підійти до сітки 5, на якій вони в силу великого спорідненості до електрону [Г.Грей. Електрони і хімічний зв'язок. М .: Світ, 1967, с.45] забирають необхідні їм електрони з сітки і виходять негативно заряджені з сопла назустріч з позитивно зарядженими водневими іонами. Утворені молекули води по інерції відходять в навколишній простір. Сітка 5, збіднена електронами зіткненням з атомами кисню, по провідникам електричного кола, через електродвигун 10 отримує надлишок електронів з електрода 3, на який знову і знову надходять водневі електрони з плазми високочастотного розряду водневого двигуна завдяки магнітному полю соленоїдів. Утворюється замкнутий кільцева ланцюг руху зарядів, що складається з двох замикаються іонних потоків і одного електронного, подібно кільцевої ланцюжку струму, утвореною при роботі паливного елемента [Коровін Н.В. Нові хімічні джерела струму. М .: Енергія, 1978, с.77]. Електричне коло з джерелом струму, вимикачем 11 (фіг.2) і кільцем 7 необхідна тільки для початкового запалювання, а після запуску процесу відключається за непотрібністю.

Звичайно можна успішно працювати і при включеному джерелі струму, однак, з метою економії допустимо відключити.

Високочастотні індуктори для нагріву газу зазвичай витрачають порівняно небагато електроенергії, але більше, ніж соленоїдні котушки. Для підвищення ККД установки в потік водню цілком розумно вводити обмежену кількість кисню, тоді в високочастотної зоні при виділенні певної кількості тепла від часткової хімічної реакції індуктора потрібно менше енергії для створення того ж результату дисоціації і іонізації молекул газу, що зменшує електричну потужність високочастотного індуктора.

Застосування плазмового джерела струму має перспективне значення особливо в галузі транспортного машинобудування. Оскільки запропонований плазмовий джерело струму легше по вазі на одиницю потужності і незрівнянно довговічніші в роботі звичайного паливного елемента, його цілком можна використовувати на електромобілях, автономних електроагрегатах, в загальному, там, де в техніці потрібні джерела струму на середні і великі електричні потужності. Описаний метод отримання електрики дозволяє застосовувати різноманітні види палива замість водню аж до колоїдного вугільного порошку, що значно розширює зону застосування плазмового джерела струму в побуті, промисловості та сільському господарстві.

Високочастотні плазмові джерела з використанням газів завдяки відсутності контактних струмових електродів відпрацьовані сучасною промисловістю в технічному плані до досконалості. Їх використовують в якості високотемпературних пальників там, де необхідно плавити або отримувати хімічно чисті тугоплавкі матеріали, а й для нагріву газових потоків при аеродинамічних випробуваннях моделей і матеріалів, призначених для надзвукових і космічних польотів [Високочастотний електротермія, Довідник, ред. А.В.Донской. М .: Машинобудування, 1965, с.278] в лакофарбової промисловості, для плавки металів і багатьох інших областях. Використання їх для отримання електричного струму збагатить практику абсолютно новим напрямком розвитку техніки поряд з іншими типами іонних джерел, які з таким же успіхом можна використовувати в якості електрогенераторів.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Плазмовий джерело струму, що включає в себе іонний електрореактивних двигун з джерелом іонів і електричні електроди, замикаються через корисне навантаження, що відрізняється тим, що містить другий електрореактивних двигун з другим джерелом іонів протилежних зарядів, розташований під кутом до першого двигуну, для забезпечення перетину виходять з сопел струменями і нейтралізації їх зарядів, причому електричні електроди двигунів виконані у вигляді сітки, газ окислювача розігрівають тільки до атомарного стану і в результаті порушення він забирає електрони з вихідного електрода-сітки (у сопла кисневого джерела), а вона, в свою чергу, провідниками електричної ланцюга через корисне навантаження отримує їх у паливного джерела позитивних іонів з електрода, далекого від сопла.

Версія для друку
Дата публікації 01.12.2006гг

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