H01J45 / 00 - розрядні прилади, що працюють як термоелектронні генератори
Власники патенту RU 2554512:
Товариство з обмеженою відповідальністю "Нью Інфлоу" (RU)
Винахід відноситься до електроенергетики і може бути використано в джерелах теплової та електричної енергії. У заявленій способі передбачено формування високовольтного електричного розряду між встановленими послідовно анодним (3) електродом і катодних (4) електродом, виконаним з гідрідообразующего металу, формування вихрового потоку інертного газу уздовж осі між електродами і інжекція в цей потік гарячої водяної пари. Високовольтний електричний розряд між анодним і катодним електродами формують шляхом подачі на них комбінованого напруги. Між електродами встановлюють зонди-електроди (6) для зняття електричної енергії. Заявлений пристрій містить кварцову трубу (1), електродний анод і катод, виконаний з гідрідообразующего металу, формувач вихрового потоку інертного газу (2), а також, по крайней мере, одну пару зондів-електродів, виконаних з можливістю зняття електричної енергії. Електродний анод виконаний у вигляді інжектора водяної пари, електродний катод виконаний у вигляді сопла (8) з отвором для випуску гарячої пари. Генератор електричної енергії (5) виконаний з можливістю формування комбінованого напруги, що включає постійну і високочастотну складові. Технічним результатом є підвищення інтенсивності процесу одночасної генерації теплової та електричної енергії. 2 н.п. ф-ли, 1 мул.
Винахід відноситься до енергетики і може бути використано при створенні автономних джерел теплової та електричної енергії, робота яких заснована на використанні взаємодії іонізованого водню з нанокластерних металевими частинками в вихровому потоці робочого газу (інертного газу і водяної пари), коли в якості основного постачальника іонізованого водню використовується водяна пара, що пройшов зону електричного розряду, а постачальником нанокластерних металевих частинок є ерозіруются катод в цьому ра зряду.
Недоліком способу є відносно низький рівень одержуваної теплової енергії, а також щодо вузька область застосування, що обумовлено неможливістю одночасного отримання і електричної енергії.
Генерація тепла відбувається в результаті взаємодії іонізованого водню і ерозійних часток (нанокластеров), випромінюваних матеріалом катода з утворенням гідриду паладію, що супроводжується генерацією теплової енергії іонізації водню (дейтерію) в плазмі високовольтного електричного розряду, що виникає між електродами. Кількість генерується тепла (теплова потужність), що розраховується за кількістю виділився тепла, що знімається з водоохолоджуючих електротримачі, становить 300 Вт. Питома теплова потужність, віднесена до габаритів (об'ємом) реактора (кварцовою трубі діаметром 50 мм і довжиною 500 мм), становить 0,3 Вт / см 3.
Недоліком найбільш близького за своєю технічною суттю способу до запропонованого є відносно низька ефективність генерації теплової енергії, а також щодо вузька область застосування, що обумовлено неможливістю одночасного отримання і електричної енергії.
Завдання, на вирішення якої спрямовано запропоноване винахід на спосіб, полягає в підвищенні ефективності генерації теплової енергії при одночасному розширенні області застосування шляхом забезпечення можливості отримання і електричної енергії.
Необхідний технічний результат полягає в підвищенні ефективності генерації теплової енергії з одночасним розширенням області застосування шляхом забезпечення можливості отримання і електричної енергії.
Поставлена задача вирішується, а необхідний технічний результат досягається, тим, що в способі, заснованому на формуванні високовольтного електричного розряду між встановленими послідовно анодним електродом і катодних електродом, виконаним з гідрідообразующего металу, відповідно до винаходу на спосіб, формують вихровий потік інертного газу уздовж осі між анодним електродом і катодних електродом в напрямку на катодний електрод і инжектируются в цей потік гарячий водяний пар, при цьому високовольтний електричний р азряд між анодним і катодним електродами формують шляхом подачі на них комбінованого напруги, що включає постійну і високочастотну складові, катодний електрод виконують у формі сопла з отвором, через яке здійснюється випуск гарячої водяної пари, а між електродами встановлюють, по крайней мере, одну пару зондов- електродів для зняття електричної енергії, один з яких розміщують на осі вихрового потоку, а інший - на його периферії.
Причинно-наслідковий зв'язок між нововведеними істотними ознаками способу і досягненням необхідного технічного результату пояснюється тим, що між електродами формують вихровий потік інертного газу і гарячої водяної пари, що викликає інтенсивне утворення і сепарацію іонізованого водню і істотно більш потужне (в порівнянні з прототипом) освіту кластерних металевих частинок (продуктів ерозії катодного електрода), що випромінюються матеріалом, з якого виготовлений електродний катод. В результаті, за допомогою електричного розряду, що має як постійну, так і змінну складові, утворюється потужний потік іонізованого водню. Це обумовлює більш високу ефективність генерації теплової енергії щодо способу-прототипу. Вихровий потік дозволяє стабілізувати електричний розряд, концентрувати на осі водень (дисоційованому з водяної пари) і розділяти іони на позитивні і негативні для можливості зняття електричної енергії за допомогою пар зондів-електродів.
Відомі також пристрої для отримання теплової енергії.
Недоліком пристрою є відносно низький рівень виникає в процесі роботи пристрою одержуваної теплової енергії.
Генерація тепла відбувається в результаті взаємодії іонізованого водню і ерозійних часток (нанокластеров), випромінюваних матеріалом катода з утворенням гідриду паладію, що супроводжується генерацією теплової енергії рекомбінації іонізованого водню (дейтерію) в плазмі високовольтного електричного розряду, що виникає між електродами. Утворюється тепло знімається з водоохолоджуючих електротримач. Кількість генерується тепла (теплова потужність) становить 300 Вт. Питома теплова потужність, віднесена до обсягу пристрою, становить 0,3 Вт / см 3.
Недоліком найбільш близького за своєю технічною суттю пристрої є відносно низька ефективність отримання теплової енергії та відносно вузькі функціональні можливості, обумовлені тим, що відсутня можливість одночасного отримання і електричної енергії.
Завдання, на вирішення якої спрямовано запропоноване винахід на пристрій, полягає в підвищенні ефективності генерації теплової енергії і забезпеченні можливості одночасного отримання і електричної енергії.
Необхідний технічний результат полягає в підвищенні ефективності генерації теплової енергії та можливості одночасного отримання і електричної енергії.
Поставлена задача вирішується, а необхідний технічний результат досягається тим, що в пристрій, що містить кварцову трубу, в якій послідовно встановлені на одній осі електродний анод і електродний катод, до яких підключений генератор електричної енергії, при цьому електродний катод виконаний з гідрідообразующего металу, згідно винаходу на пристрій введений формувач вихрового потоку інертного газу, встановлений на вхідному кінці кварцової труби і виконаний з можливістю формування вихрового потоку інертний ного газу уздовж осі між анодним електродом і катодних електродом в напрямку на катодний електрод, а також, по крайней мере, одна пара зондів-електродів, виконаних з можливістю зняття електричної енергії, один з яких розміщують на осі між анодним електродом і катодних електродом, а інший - на периферії вихрового потоку, при цьому електродний анод виконаний у вигляді інжектора водяної пари, електродний катод виконаний у вигляді сопла з отвором для випуску гарячої пари, а генератор електричної енергії, підключений до електродний ому анода і електродному катода, виконаний з можливістю формування комбінованого напруги, що включає постійну і високочастотну складові.
Причинно-наслідковий зв'язок між нововведеними істотними ознаками пристрою і досягненням необхідного технічного результату пояснюється тим, що введені технічні засоби (формувач вихрового потоку інертного газу, встановлений на вхідному кінці кварцової труби і виконаний з можливістю формування вихрового потоку інертного газу уздовж осі між анодним електродом і катодних електродом в напрямку на катодний електрод, а також, по крайней мере, одна пара зондів-електродів, виконаних з можливістю знятий ия електричної енергії, один з яких розміщують на осі між анодним електродом і катодних електродом, а інший - на периферії вихрового потоку, при цьому електродний анод виконаний у вигляді інжектора водяної пари, електродний катод виконаний у вигляді сопла з отвором для випуску гарячої пари, а генератор електричної енергії, підключений до електродному анода і електродному катода, виконаний з можливістю формування комбінованого напруги, що включає постійну і високочастотну складові), що дозволяють за допомогою елект еского розряду, утворити потужний потік іонізованого водню. Це обумовлює більш високу ефективність генерації теплової енергії щодо влаштування-прототипу, а також можливість отримання електричної енергії. Вихровий потік допомагає розділити важкі і легкі іони і електрони і сконцентрувати потік водню на осі вихору, де встановлені анодний і катодний електроди реактора. Тим самим, забезпечується режим оптимальної взаємодії потоку легких іонів водню і ерозійних наночастинок, що вилітають з матеріалу катодного електрода. Поряд з цим введення пари зондів-електродів забезпечує зняття електричного потенціалу в різних точках вихрового потоку (на осі між анодним електродом і катодних електродом і на периферії вихрового потоку).
На кресленні представлений приклад виконання пристрою для отримання теплової та електричної енергії.
На кресленні позначені: 1 - кварцова труба, наприклад, діаметром 50 мм і довжиною 500 мм, 2 - формувач вихрового потоку інертного газу, 3 - електродний анод, виконаний у вигляді інжектора водяної пари, 4 - електродний катод у вигляді сопла з отвором для випуску гарячого газу, 5 - генератор електричної енергії, пара 6 зондів-електродів.
У пристрої для отримання теплової та електричної енергії в кварцовою трубі 1, виконаної, наприклад, з діаметром 50 мм і довжиною 500 мм, послідовно встановлені на одній осі електродний анод 3 і електродний катод 4, до яких підключений генератор 5 електричної енергії. Генератор 5 електричної енергії, підключений до електродному анода і електродному катода, може бути виконаний, наприклад, у вигляді генератора ВЧ з джерелом постійного струму (6 кВ, 2,5 А) з можливістю формування комбінованого напруги, що включає постійну і високочастотну складові.
Крім того, у пристрої для отримання теплової та електричної енергії електродний катод 4 виконаний з гідрідообразующего металу, формувач 2 вихрового потоку інертного газу встановлений на вхідному кінці кварцової труби 1 і виконаний з можливістю формування вихрового потоку інертного газу уздовж осі між анодним електродом 3 і катодних електродом 4 в напрямку на катодний електрод 4, пари 6 зондів-електродів можуть бути виконані у вигляді стандартних електродів з можливістю зняття електричної енергії. Для максимально ефективного зняття електричної енергії використовують пару зондів-електродів, один з яких розміщують на осі вихрового потоку між анодним електродом 3 і катодних електродом 4, а інший - на периферії вихрового потоку.
У пристрої для отримання теплової та електричної енергії електродний анод 3 виконаний у вигляді інжектора водяної пари і підключений, наприклад, до генератора 7 водяної пари, електродний катод 4 виконаний у вигляді сопла 8 з отвором для випуску гарячої пари, а генератор 5 високої частоти, підключений до електродному анода 3 і електродному катода 4, виконаний з можливістю формування комбінованого напруги, що включає постійну і високочастотну складові. Таке виконання генератора 5 дозволяє створити нерівноважний імпульсно-періодичний електричний розряд між електродними анодом 3 і катодом 4, що забезпечує ефективне створення нанорозмірних ерозійних металевих частинок (матеріалу ерозії катодного електрода 4).
Пристрій для реалізації запропонованого способу отримання теплової та електричної енергії працює наступним чином.
У приватному прикладі виконання пристрою кварцова труба 1 має діаметр 50 мм і довжину 500 мм, анодний електрод 3 виконаний з молібденового сплаву на сталевий шпильці, катодний електрод 4 виконаний у вигляді запірного конуса - сопла з отвором для випуску гарячого газу, а генератор електричної енергії виконаний з джерелом живлення 6 кВ, 2,5 А.
Молекули водяної пари диссоциируются і іонізуються в плазмі, створеної високовольтним комбінованим електричним розрядом між анодним 3 і катодних 4 електродами завдяки підключенню до них генератора 5 електричної енергії. Вихровий потік розділяє іони по масі. Тому на осі вихору концентрується іонізований потік водню. Електричний розряд використовується також для створення нанорозмірних ерозійних металевих частинок (матеріал ерозії катодного електрода 4). У робочій камері реактора (в кварцовою трубі 1) відбувається ефективна взаємодія цих нанокластеров і потоку іонізованого водню. Це викликає отримання гідридів металів, в яких можуть відбуватися низькоенергетичні ядерні реакції. На виході виходить сильно розігрітий гетерогенний плазмовий потік з високою провідністю (Тп
3000-4000 К). Саме такий гарячий потік використовується для отримання тепла гарячого газу в реакторі і електричної енергії за допомогою пар зондів-електродів, один з яких встановлюють на периферії вихрового потоку, а інший на його осі.
Проведені дослідження на експериментальній установці дозволяють провести зіставлення результатів застосування відомого способу і відповідного йому пристрої та запропонованого способу і пристрою.
Як зазначено вище, в відомому пристрої, що реалізує відомий спосіб, вихідна теплова потужність сягала 300 Вт, що відповідає питомій теплової потужності (потужності, віднесеної до габаритів (об'ємом) реактора (кварцовою трубі діаметром 50 мм і довжиною 500 мм)) 0,3 Вт / см 3.
Таким чином, запропонований спосіб і пристрій отримання теплової та електричної енергії істотно збільшує кількість одержуваної теплової енергії в порівнянні з прототипом, а також забезпечує отримання електричної енергії.
1. Спосіб отримання теплової та електричної енергії, заснований на формуванні високовольтного електричного розряду між встановленими послідовно анодним електродом і катодних електродом, виконаним з гідрідообразующего металу, що відрізняється тим, що формують вихровий потік інертного газу уздовж осі між анодним електродом і катодних електродом в напрямку на катодний електрод і инжектируются в цей потік гарячий водяний пар, при цьому високовольтний електричний розряд між анодним і катодним електродами формують шляхом подачі на них комбінованого напруги, що включає постійну і високочастотну складові, катодний електрод виконують у формі сопла з отвором, через яке здійснюється випуск гарячої водяної пари, а між електродами встановлюють, по крайней мере, одну пару зондів-електродів для зняття електричної енергії, один з яких розміщують на осі вихрового потоку, а інший - на його периферії.
2. Пристрій для реалізації способу за п.1, що містить кварцову трубу, в якій послідовно встановлені на одній осі електродний анод і електродний катод, до яких підключений генератор електричної енергії, при цьому електродний катод виконаний з гідрідообразующего металу, що відрізняється тим, що введений формирователь вихрового потоку інертного газу, встановлений на вхідному кінці кварцової труби і виконаний з можливістю формування вихрового потоку інертного газу уздовж осі між анодним електродом і катодних електродом в на правлінні на катодний електрод, а також, по крайней мере, одна пара зондів-електродів, виконаних з можливістю зняття електричної енергії, один з яких розміщують на осі між анодним електродом і катодних електродом, а інший - на периферії вихрового потоку, при цьому електродний анод виконаний у вигляді інжектора водяної пари, електродний катод виконаний у вигляді сопла з отвором для випуску гарячої пари, а генератор електричної енергії, підключений до електродному анода і електродному катода, виконаний з можливістю формування омбінірованного напруги, що включає постійну і високочастотну складові.