Устройство для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую

Комитет Российской федерации по патентам и товарньпи знакам О(У) Сущность и гории ИвановичТВО ДЛЯ ПРЯМОГО ПРЕОБРАЙЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В ЗЛЕКТРИ- зобретения: два блока преобразо де расширяющего электродами, распо сопла, и с токопров ой вдоль внешнейсимметрично с маг ез плазмовод соеди ил. вания, выполненные в ви с двумя соединенными ными на входе и выходе оболочкой расположенн ности сопла, соединены ловушкой,с которой чер греватель. 1 з.пф-лы, 3 ся сопла ложенодящей поверх- нитной нен на 2002335Изобретение относится к генераторамэлектрического тока, более конкретно к технике прямого преобразования термоядерной энергии в электрическую, ипредназначается для применения на электрических станциях, а также на других технических устройствах,Известно устройство для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Оно содержит нагреватель газа,соединенный с оболочкой расширяющегосясопла, выполненной из диэлектрическогоматериала, на входе и выходе которого расположены соответственно входной и выходной электроды, соединенные между собой.Вдоль наружной поверхности оболочки сопла размещена токопроводящая обкладка.выполненная из материала с высокой магнитной проницаемостью и снабженнаяклеммами для подключения внешней электрической нагрузки, Входной электрод устройства выполнен в виде термокатода исоединен с выходным. электродом черезпрерыватель и источник высокого напряжения.Устройство для прямого преобразования тепловой энергии в электрическуюпредназначено для работы от энергии нагретого до 3000 К и наэлектризованного газа, т.е, рабочее тело устройства не можетпревышать температуру, которую способнывыдержать имеющиеся в промышленностижароупорные материалы, с которыми соприкасается рабочее тело - нагретый газ.Целью изобретения является усовершенствование устройства для прямого преобразования тепловой энергии вэлектрическую для непосредственного использования в качестве рабочего тела горячей, полностью ионизованной плазмы,температура которой достигает 10 -10 К,8 9для выработки электрической энергии.Для достижения цели в устройство дляпрямого преобразования тепловой энергиив электрическую при работе от энергии нагретого до 10 -10 К, полностью ионизован 9ного газа - плазмы, продуктатермоядерного синтеза, т,е, когда нагревателем является термоядерный реактор,между нагревателем и расширяющимся соплом с обкладкой введена магнитная ловушка, пробкотрон. Магнитная ловушкасоединена с оболочкой расширяющегосясопла со стороны магнитной пробки. Приэтом со стороны каждой магнитной пробкик магнитной ловушке присоединено по одному расширяющемуся соплу с обкладкой.Магнитная ловушка через отверстие в своей средней части соединена с нагревателем,термоядерным реактором, через магнитныйплазмовод, Магнитное поле ловушки в средней части удлинено, вытянуто по вертикалии имеет форму эллипса в поперечном сечении, На боковых внешних сторонах магнитной ловушки расположены плоскиеэлектроды, создающие электрическое поле,10 перекрещивающееся с магнитным. Плоские электроды соединены с полюсами источника напряжения через прерыватели.Электроды на входе и выходе расширяющихся сопл соедйнены параллельно в блок15 в каждом из расширяющихся сопл и подключены к одному из полюсов источникавысокого напряжения через переключатели. Электрический потенциал импульсов вканалах сопл чередуется попеременно спротивоположным в каждом отдельном расширяющемся сопле с обкладкой на внешней поверхности. Импульсы электрическихполей в каналах расширяющихся сопл и импульсы электрического поля в средней части25магнитной ловушки возбуждаются независимо и определяются разными параметрами.На фиг.1 изображено устройство в разрезе; на фиг,2 - сечение средней части магнитной ловушкина фиг,3 - сечениерасширяющегося сопла с обкладкой.Расширяющиеся сопла 1 справа и слеваот оси с обкладками 2 (фиг.1 и 3), имеющимиразнополюсные клеммы 3, соединены с магнитной ловушкой 4, выполненной из диэлектрика, которая, в свою. очередь, соединена стермоядерным реактором через магнитныйплазмовод 5. На магнитной ловушке распо 40 ложены кольцевые электромагниты 6 постоянного тока, такие же электромагниты 7имеются на плазмоводе, На стыках магнитной ловушки 4 с расширяющимися соплами1 снаружи каналов расположены кольцевые45 электроды 8, соединенные каждый отдельно-параллельно с электродами 9 на выходесопл; Оба электрода каждого сопла подключены к одному из полюсов источника высокого напряжения 20 кВ черезпереключатели. К выходным расширеннымчастям сопл примыкают холодильные камеры 10, соединенные трубопроводом 11 с вытяжным компрессором 12, На боковыхсторонах магнитной ловушки 4 (фиг,2) расположены два плоских электрода 13, соединенных с полюсами источника напряжения10 кВ через прерыватели,Устройство работает следующим образом.2002335 Горячая плазма, т,е, полностью ионизованый газ гелий, плотностью 10 - 10 частиц газа в одном кубическом метре,температура которого равна 10 К, полученаная в термоядерном реакторе в результате 5синтеза дейтерия с тритием, с энергией 35МэВ, приходящейся на каждую частицу, поплазмоводу поступает импульсами в магнитную ловушку, Электрическое поле; создаваемое электродами 13 иперекрещивающееся с магнитным полемловушки, вызывает дрейф заряженных частиц плазмы вниз и таким образом позволяетзаполнить магнитную ловушку горячейплазмой,Заряженные частицы плазмы одногознака под воздействием импульсных, т,е,меняющихся во времени и по направлению,электрических полей, создаваемых блокамиэлектродов в каналах расширяющихся сопл,также импульсами, прерывисто, порциямипокидают ловушку, вылетая через конуссквозь магнитную пробку, При этом импульсные электрические поля в противоположно 25расположенных расширяющихся соплахпротивоположны, Если через конус одноймагнитной пробки вылетают отрицательные частицы, электроны, то через конус другой магнитной пробки уходят 30положительные ионы. Электрические поля вканалах сопл меняются поочередно на противоположные, меняются по знаку соответственно с каждым импульсом уходящиечерез конус заряды. 35Модулированный пучок, порция заряженных частиц, покидающий магнитную ловушку через конус в магнитной пробке,обладая .направленной по оси ловушки иканала расширяющегося сопла скоростьюдвижения, создает в канале расширяющегося сопла импульсное круговое магнитноеполе. возбуждающее ЭДС индукции в об 45 входного и выходного электродов, соединенных между собой, и источника высокого напряжения, отличающееся тем, что, с целью использования в качестве рабочего тела горяей полностью ионизованной 55 плазмы, введен дополнительный блок преобразования и магнитная ловушка из диэлектрического материала с перекрывающимися магнитным и электрическим полями, соедйненная симметрично через магнитные пробки с блоками преобФормула изобретения 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУО, содержащее нагреватель газа, соединенный с блоком преобразования, выполненным в виде оболочки сопла переменного сечения из диэлектрического материала, вдоль наружной поверхности опорой расположена токопроводящая обкладка, снабженная клеммами для подключения потребителя,кладке, к которой через клеммы подключается внешняя нагрузка, потребитель электрической энергии. Это круговое магнитное поле в канале сопла одновременно удерживает от рассеивания, сжимает в шнур, движущийся по каналу сопла модулированный пучок электрических зарядов одного знака, что не дает высокоэнергетическим частицам уйти на оболочку расширяющегося сопла,Кинетическая направленная энергия заряженных частиц затрачивается в канале расширяющегося сопла на создание магнитного поля. На выходе сопла направленная кинетическая энергия частиц плазмы падает, уменьшается до уровня тепловой энергии газа, находящегося в холодильнике. Поступая в холодильник, заряженные частицы смешиваются с газом, в котором имеются частицы противоположного заряда предыдущего импульса, рекомбинируют, превращаясь в холодный газ гелий, откачиваемый компрессором.Применение магнитной ловушки в устройстве для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую позволяет использовать в качестве рабочего тела горячую, полностью ионизованную плазму и преобразовать энергию термоядерного синтеза прямым путем, непосредственно кинетическую энергию плазмы, в электрическую энергию. Прямое преобразование термоядерной энергии в электрическую позволит избавиться от промежуточной теплопередающей среды, от дополнительных тепловых и механических потерь. Это упрощает производство электрической энергии, повышает КПД используемой тепловой энергии с высокими термодинамическими параметрами,(56) Авторское свидетельство СССРйг 1455930, кл. Н 01 . 45/00, 1989, 2002335разования, а с нагревателем - через магнитный плазмовод, состыкованный со средней частью ловушки,2, Устройство по п.1, отличающееся тем, что входной и выходной электроды каждого блока преобразования соединеныпараллельно и подключены к источникувысокого напряжения через переключатели,2002335 оставитель Г.Можаевехред М.Моргентал Корректор М.Тка Редактор Т,Юрчиков аказ 3175 Тираж Подпи НПО " Поиск" Роспатента13035, Москва. Ж, Раушская наб., 4 роизводственно-издательский комбинат Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10