Teil Heim
Produktion, Amateur
Funkamateur
Modellflugzeuge, Raketen-
Nützlich, unterhaltsam 		Stealth - Master
Elektronik
Physik
der Technik
Erfindung 		Raum Geheimnis
Erde Mysteries
Secrets of the Ocean
List
Kartenausschnitt
Anfang
Forum
Verwendung des Materials ist für die Referenz (für Websites - Hyperlinks) zulässig
Erfindung
Russische Föderation Patent RU2226737

Magneto VERFAHREN ZUR geschlossenen Kreislauf Wärmeenergie in Strom umzuwandeln

Magneto VERFAHREN ZUR geschlossenen Kreislauf Wärmeenergie in Strom umzuwandeln

Name des Erfinders:. Slavin VS; Finnick KA. Milovidova TA
Der Name des Patentinhabers: Krasnoyarsk State Technical University
Korrespondenzanschrift: 660074, Krasnojarsk, ul. Kirenskogo, 26, KSTU, Patentinformationsabteilung
Startdatum des Patents: 2002.03.29

Die Erfindung betrifft die Erzeugung von elektrischer Energie und kann in elektrischen Kraftwerken, Wärmeleitschicht Umwandlung in elektrische Energie verwendet werden. Das Verfahren umfaßt die Beschleunigung des Inertgasstroms, einen Strom zu schaffen , bevor der MHD - Generator Kanal über gepulste Elektronenstrahlen mit hoher Energie und hoher Strom elektrische Entladungen periodischen Zeit Leitschichten transportiert durch den Gasstrom in einem transversalen Magnetfeld eintritt. Dies realisiert eine sich selbst erhaltende Betrieb von Schichten in den Kanal des MHD - Generators durch den Fluss von Energie und die Erzeugung von Nutzleistung durchführt. Im Plasma elektrisch leitfähigen Schichten erzeugen einen Zustand der "frozen Ionisation" , warum die Verwendung von Elektronenstrahlen für die anfängliche Ionisation, und die endgültige Ionisierung nicht mit einer charakteristischen Zeit der Entladung eines gepulsten Hochstromentladung durchgeführt mehr als 2 × 10 -6 c. Hochstromentladung erhöht gleichmäßig um die Konzentration von Elektronen in der Pre-ionisierten leitfähigen Schicht, und die Entladungsspannung so gewählt ist, daß die Elektronendichte zum Zeitpunkt des Entladungsstroms ausgeschaltet wurde (0,8-1,5) × 10 15 cm -3. Das technische Ergebnis - Schaffung von Bedingungen, unter denen eine ungleichmäßige Gasplasmastrom im Plasma wird das Phänomen der "frozen Ionisation" bleiben.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft die Erzeugung von elektrischer Energie und kann in elektrischen Kraftwerken, Wärmeleitschicht Umwandlung in elektrische Energie verwendet werden. Von besonderer Bedeutung kann diese Erfindung erhalten eine leistungsfähige Raummacht zu schaffen, in dem ein geschlossener Kreislauf für die Installation des Körpers von entscheidender Bedeutung ist.

Bekanntes Verfahren [1], die Umwandlung von Wärmeenergie in einen MHD - Generator, einem geschlossenen Kreislauf, wobei als Fluid aus einem inerten Gasstrom ohne Alkalimetalladditive arbeiten, einschließlich Beschleunigung des Inertgasstroms, einen Strom zu schaffen , bevor der Kanal des MHD - Generator periodischer zeit Schichten mit hoher Eingabe Leitfähigkeit. Bewegung und Selbsterhaltung der Schichten in den Kanal des MHD - Generators durch den Energiefluss, der Entfernung von verfügbaren Kapazität. Dieses Verfahren beinhaltet die Verwendung eines periodischen gepulsten elektrischen Entladungssystems mit einer charakteristischen Zeit des Pulses von ~ 10 -4 s, während der die Konzentration von Elektronen in dem Plasma elektrisch leitfähige Schicht erwartet wird wachsen auf ~ 10 14 cm -3.

Mit dieser "langsamen" Elektronengas Ionisationszeit einen erheblichen Teil seiner Wärmeenergie atomarem Gas zu übertragen, wodurch das Gas in das Volumen der elektrisch leitenden Schicht erhitzt wird und der Druck steigt. Der Bereich der Hochdruckgas dynamische Expansion beginnt, in dem die Dichte des Gases fällt. In Gebieten mit geringer Dichte (dh wo die erhöhte Konzentration von Elektronen zu einem leistungsfähigen Wärmeerzeugung geführt) wird Elektronentemperatur erhöht werden, dass auch weiterhin die Ionisierung und Wärme zu verbessern. Tatsächlich tritt die Entwicklung von Ionisierung Instabilität aufgrund der die Entladungs ​​ungleichmäßig wird, es Turbulenz Ionisierung entsteht, und wobei die effektive elektrische Leitfähigkeit stark abfällt.

Bekanntes Verfahren [2] Die Umwandlung von Wärmeenergie in den MHD - Generator ist eine geschlossene Schleife , die die Beschleunigung des Inertgasstroms aufweist, um einen Strom zu schaffen , bevor der MHD - Generator von periodischen Zeitkanalschichten mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, Bewegung und Selbsterhaltung der Schichten in den Kanal des MHD - Generators eintritt und aufgrund des Flusses von Energie, die Entfernung von Nutzleistung. In diesem Verfahren werden Schichten zu erzeugen mit hoher elektrischer Leitfähigkeit die Verwendung von gepulsten Strahlen von Elektronen hoher Energie zur Verfügung gestellt wird Ungleichgewichtsplasma von ionisierten Cluster in einem inerten Gasstrom zu erzeugen. Die Kraft der Elektronenstrahlen wird durch die Bedingung bestimmt,

n e> n Sacha(T - Ion),

wobei n e - die Elektronendichte in den leitenden Cluster;

n Saha - Gleichgewichtskonzentration von Elektronen aus der Saha - Gleichung bestimmt;

T - Ionen - die Schwellentemperatur von Elektronen, die Lawine Ionisation (für Neon-T - Ionen ~ 18000K zB) beginnt.

Wenn die Bedingung 4000K <T <T Wobei T e - die Elektronentemperatur in den Plasmaschichten in Inertgasen ist eine deutliche Verringerung der Rate der Rekombination in triple Kollisionen. Plasma wird in einem Zustand "eingefroren Ionisierung" , in denen eine hohe Konzentration an Elektronen (n e ~ 10 14 cm -3), die einerseits ein effizientes Verfahren in MHD MHD - Generator Kanal bietet, und zum anderen in einem solchen Plasma elektrische Leitfähigkeit abhängig von der Elektronen eine Temperatur ~ -12 T e, die die Entwicklung der Plasma dissipative Instabilität, wie Ionisation und Überhitzungen verhindert.

Der Nachteil dieses Verfahrens ist , dass die Leistung der Elektronendichte von 10 14 cm -3 Ionisierung nur durch den Elektronenstrahl ist problematisch Aufgabe ( in der Regel vorhandenen Geräte Elektronenstrahlen gebildet werden, den Gasstrom zu ermöglichen n e ~ October 10 cm zu erhalten , -3). Darüber hinaus lässt die Ionisation eines Elektronenstrahls das kalte Gas in dem Volumen des Ungleichgewichtsplasma Bündel, die zur Bildung der Menge der Molekülionen führen sollte. Im Gegenzug ist die Molekülionen schnell im binären Kollisionen mit Elektronen rekombinieren, die Konzentration der freien Elektronen in diesem Fall stark reduziert und die Wirkung der "frozen Ionisation" verschwindet.

Die Grundlage der Erfindung ist es, Bedingungen zu schaffen, unter denen eine nicht gleichförmige Gasströmung in Plasma Plasma wird das Phänomen der "frozen Ionisation 'bleiben.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die magneto Verfahren Beschleunigung des Inertgasstroms Wärmeenergie in elektrische geschlossene Schleife des Umwandelns umfasst, einen Strom zu schaffen , bevor der MHD - Generator Kanal mit gepulsten Elektronenstrahlen hoher Energie periodischen Zeitleitenden Schichten, Transfer- und Selbsterhaltung elektrisch Eingabe Schichten in den Kanal des MHD - Generators durch den Fluss von Energie, eine leitende Plasmaschicht in einem Zustand der "frozen Ionisierung" mit Elektronenstrahlen für die anfängliche Ionisation und letzte Ionisation erfolgt mit einem gepulsten Hochstromentladung zu schaffen , die Beseitigung der vorhandenen Kapazitäten, der vorliegenden Erfindung mit der charakteristischen Entladungszeit von nicht mehr als 2 x 10 -6 Sekunden, die gleichmäßig um die Konzentration von Elektronen in der pre-ionisierten leitfähigen Schicht zu erhöhen, wird die Entladungsspannung so eingestellt , dass die Elektronenkonzentration zum Zeitpunkt des Drehens des Entladestroms war (0,8-1,5) off · 15. Oktober cm -3.

"Fast" mit einer charakteristischen Zeit der Ionisation in der Hochstrom - Entladungswirkung nicht mehr als 2 • 10 -6 c (a in der numerischen Experiment auf mathematischen Modellen gesetzt Bedingung) dramatisch erhöht die Konzentration von Elektronen, die keine Zeit haben , um Energie mit dem neutralen Gas auszutauschen, so dass der Prozess auf dem Hintergrund der konstanten entwickelt Gastemperatur und Druck. In diesem Fall wird in Bereichen mit einer hohen Konzentration von Elektronen aufgrund der Vorherrschaft der Kollision der Elektronen - verringert Ionenkollisionen auf Elektronen -neutraler Atom die Elektronen mittlere freie Weglänge und folglich verringert sich die Elektronentemperatur. So wird in der "schnellen" Hochstromentladung im Gegensatz zu den "langsamen" Entladungselektronentemperatur wird mit höheren Ionisierung in den Bereichen fallen, die die Ionisierung Instabilität und machen die Kategorie homogen in der gesamten Region, vorge ionisiert Elektronenstrahl wird unterdrücken. Nach Abschalten des elektrischen Feldes Rekombination in triple Kollisionen ist proportional zu n 3e, schnell genug ist (mit einer charakteristischen Zeit von ~ 10 -4 s) auf ein Konzentrationsniveau eines e n ~ 10 14 cm -3, dann ist die Rekombinationsrate wird off deutlich reduziert. Der Gasstrom macht den plasmoid in dem Magnetfeld des MHD - Generators, in dem aufgrund des induzierten elektrischen Feldes in der Plasmaelektronentemperatur auf einem Niveau von 10 4 K. eingestellt ist Plasma in Hochstromentladung - Umsetzung des Regimes mit "frozen Ionisation" , wurde in diesem Fall möglich , dank der übermäßigen Ionisation (1,5 × 10 15 cm -3 0,8 × 10 15 cm -3) hergestellt. Rekombination im Anschluss an Stufe n e ~ 10 14 cm -3 führt zur Freisetzung von Energie über die Ionisation in der Form von Wärme verbraucht, die die Temperatur der schweren Partikel (neutrale Atome und Ionen) im Plasma 3500K-4000K erhöht. Die Grenzen dieses Temperaturbereichs in der numerischen Simulation von Plasma Rekombinationsprozeß definiert, für die die Ionisierung Ebene im Intervall eingestellt wurde (0,8-1,5) × 10 15 cm -3. Bei einer Temperatur von 3500K - 4000K Molekülionen gebildet werden , und die Rekombination kann nur der Mechanismus der drei Teilchenzusammenstöße verlangsamen. Wenn sich herausstellt, weniger als 0,8 × 10 15 cm -3 ist jeweils die Temperatur der schweren Teilchen in dem Plasma unter 3500K und molekularen Ionen in dem Plasma zur Vervollständigung der Impulsstromentladung Elektronendichte gebildet. Bei Konzentrationen über 1,5 × 10 15 cm -3 Temperatur überschreitet 4000K, die Betriebsart "frozen Ionisation" nicht ausschließt, aber dieser Modus erfordert einen unnötigen Energieverbrauch.

Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Vorrichtung umfasst eine Überschalldüse 1, wobei das System 2 gepulste Elektronenstrahleinspritzsystem 3 gepulste Hochstromentladung, wobei die Elektroden 4-Kanal-MHD-Generator, der Wicklung des Elektromagneten 5, das Plasma elektrisch leitenden Schichten 6, 7 Kanal MHD-Generatorsystem 8 Lastleistung, Last 9.

Methode ist wie folgt:

Das erwärmte Inertgas (z.B. Neon), dessen Temperatur kann aus dem Bereich von 1500 K <T <3000 K, dispergiert in einer Überschalldüse 1. Vor dem Eintritt in den MHD - Generator Kanal periodisch über das System 2 eingespritzt Strahl von Hochenergieelektronen ausgewählt werden, die sich in dem Gas Fluss tritt die Umgebung mit der anfänglichen Elektronendichte von ~ 10 10 cm -3. Dann Entladung auf dem System 3 gepulste Hochstrom Drehen aus dem Bereich des anfänglichen Ionisation eine plasmoid mit einer Elektronendichte von ~ 10 15 cm -3 bilden. Dann wird der Gasstrom in dem Kanal 7 leitfähigen MHD eingeführt plasmoid 6, bei der aufgrund der Abnahme der Elektronendichte auf ~ 10 14 cm -3 erhöht die Temperatur der schweren Teilchen zu 3500K-4000K. Hier schließt das Plasma die Elektroden 4. Die induzierte Bewegung des Plasmas in einem transversalen Magnetfeld erzeugt durch eine Elektromagnetspule 5, ein elektrischer Strom 8 Systemlast umgewandelt. Nutzleistung wird in der Last 9 das gleiche elektrische Strom durch die Plasmaelektronentemperatur bei 10 4 K gehalten wird zugeordnet und damit die Voraussetzungen des Plasmas in einem Zustand "eingefroren Ionisierung" beibehalten wird .

Für die numerische Untersuchung des Prozesses eine plasmoid in einem inerten Gasstrom zu initiieren wurde Berechnungsmodell erstellt, das zusammen mit den Gleichungen der magnetischen Gasdynamik die Gleichungen der Multi-Level-Ionisations-Kinetik zu lösen, die folgenden grundlegenden Prozesse beinhaltet: die Kollision der angeregten Atome und Elektronen, strahlende Übergänge, Deaktivierung von Kollisionen mit den Atomen, die Bildung von molekularen Ionen Rekombinationsprozesse in einem Doppel Kollision des molekularen Ion und ein Elektron und einem dreifachen Kollision von Atomionen und zwei Elektronen. Die Reaktionsgeschwindigkeit konstant Anregung aus dem Grundzustand wird durch die numerische Lösung der Boltzmann-Gleichung Berücksichtigung der Ungleichgewichts Bevölkerung des ersten angeregten Zustand Einnahme bestimmt. Das kinetische Modell wurde durch den Vergleich der Rechenergebnisse mit den experimentellen Daten über die Werte des Townsend-Koeffizienten und den experimentellen Daten über die Eigenschaften des eingeschnürten Entladung in neon getestet. Die Tatsache, dass eine gute Übereinstimmung zwischen den berechneten und den experimentellen Ergebnissen zeigt die Angemessenheit des Modells auf den realen Prozess.

Numerische Simulationen Erzeugungsverfahren, die die beschriebene Methode implementiert in den Strömungs Neon Parameter gezeigt Bremsung T = 2000K, P = 1 MPa Prozess der Umwandlung von Wärmeenergie in den elektrischen Leistungsindikatoren erreicht werden: Umsetzungsgrad Enthalpie - 39%, der adiabatische Wirkungsgrad - 78 %.

solche Parameter Installation für terrestrische Energie MHD - Kraftwerk schaffen würde mit einem Gesamtwirkungsgrad von über 60% eine Kombianlage umfasst, und im Falle von Raumfahrtanwendungen in Verbindung mit Solar-Konzentratoren von Strahlung als Wärmequelle an Bord Kraftwerk einer geschlossenen Schleife mit einem bestimmten Leistungspegel von etwa 600 W / kg, die etwa das zwanzig~~POS=TRUNC höher ist als die derzeit verwendeten Paneele von Solarzellen ist.

QUELLEN VON INFORMATIONEN

1. Slavin VS, Zelinsky NI, Lazareva NN, Persianov PG, "Disk Kreislauf MHD-Generator mit Faraday-Typ-Kanal Arbeiten an reinen Edelgas" (Disk MHD-Generator mit einem Closed-Loop-Faraday-Typ-Kanal, der mit reinem Inertgas ausgeführt wird), wobei der Gegenstand im Verfahren der Internationalen Konferenz "11-ten Intern. Conf. auf MHD Electrical Power Generation", Vol. 4, pp. 1190-1198., Chinesische Akademie der Wissenschaften. - Peking 1992.

2. Slavin BC, Danilov VV MHD-Verfahren für №2110131, thermische Energie in elektrische geschlossene Schleife, RF Patent Umwandeln 1998

FORDERUNGEN

Magneto Verfahren für die thermische Energie in elektrische geschlossene Schleife einschließlich der Beschleunigung des Inertgasstroms Umwandeln eines Stroms zu schaffen , bevor der Kanal des MHD - Generator mit gepulsten Elektronenstrahlen hoher Energie periodischen Zeitleitenden Schichten, Transfer- und Selbsterhaltung der Energie leitende Schichten in der MHD - Generator Kanal eintritt die Entfernung der verfügbaren Kapazität, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund des Energieflusses, eine leitende Plasmaschicht in einem Zustand "eingefroren Ionisierung" mit Elektronenstrahlen für die anfängliche Ionisation und endgültige Ionisierung mit einem gepulsten Hochstromentladung mit einem charakteristischen Zeitpunkt der Entladung max durchgeführt zum erstellen 2 x 10 -6 c, die gleichförmig um die Konzentration von Elektronen in der pre-ionisierten leitfähigen Schicht zu erhöhen, wird die Entladungsspannung so eingestellt , dass die Elektronenkonzentration zum Zeitpunkt des Entladestroms ausschalten war (0,8-1,5) x 10 15 cm -3.

Druckversion
Erscheinungsdatum 29.11.2006gg