| WO2010062780A2 | 2010-06-03 |
| RU2418968C2 | 2011-05-20 | |||
| RU2406865C2 | 2010-12-20 | |||
| RU2110137C1 | 1998-04-27 |
| Формула изобретения 1. Способ преобразования энергии движения ударной волны в электрическую энергию, отличающийся тем, что на электроды ионизации подают достаточно высокий уровень положительного напряжения, при котором ионы газов накапливаются на поверхности диэлектрика и формируют подвижный заряд двух конденсаторов, тогда ударная волна в рабочем канале переносит заряженные частицы с одного конденсатора на другой, что приводит к появлению между внешними обкладками конденсаторов импульсов высокого переменного напряжения, величину которых понижают с помощью трансформатора, а далее выпрямляют и используют. 2. Способ возбуждения ударной волны в рабочем канале, отличающийся тем, что выходной трансформатор используют в режиме старта подавая на низковольтную обмотку переменное напряжение, что приводит к появлению импульсов высокого напряжения противоположной полярности на внешних обкладках двух конденсаторов и перемещению накопленных ранее ионов с диэлектрической поверхности одного конденсатора на диэлектрическую поверхность другого конденсатора, синхронно с движением ударной волны, за несколько периодов достигающей скорости, которой достаточно для детонации топливной смеси, подаваемой в камеры сгорания, тогда последовательность микровзрывов в этих камерах продолжает поддерживать движение ударной волны в рабочем канале после отключения стартового переменного напряжения, вплоть до отключения подачи топлива. 3. Устройство генератора, содержащее камеры сгорания и рабочий канал, отличается тем, что средняя часть рабочего канала состоит из двух высоковольтных конденсаторов, наружные обкладки которых сделаны из металла, а внутренняя поверхность керамического диэлектрика отполирована, вблизи этой поверхности размещают электроды ионизации и подключают их к источнику высокого положительного напряжения, к наружным обкладкам подключают концы высоковольтных обмоток трансформатора, а его низковольтную обмотку включают в цепь нагрузки. |
поверхностного заряда
Изобретение относится к генераторам электрической энергии, где детонационное сгорание топлива создаёт ударную волну газов, которая возвратно-поступательно перемещает ионизированный газ по поверхности керамических конденсаторов, с одного конденсатора на другой.
Известен генератор прямого преобразования, способ генерации электрической энергии в котором основан на силе электромагнитной индукции. В устройстве используют охватывающие рабочий канал магнитопроводы. Такая конструкция не реализуема без большого числа заряженных частиц одного знака внутри каналов. Огромные токи одного витка индуктивности (тысячи ампер) определяют огромное напряжение внутри каналов (миллионы вольт). Эти проблемы не позволяют реализовать устройства по патентам 2418968 (20.05.2011) и 2406865 (20.12.2010) без дополнительных усложнений конструкции.
Задачами изобретения являются: изменение способа преобразования с использованием электродов ионизации и ударной волны в качестве движителя заряженных частиц в пространстве между конденсаторами; изменение способа запуска устройства.
Это достигается тем что, в отличие от известного технического решения, на электроды ионизации подают достаточно высокое положительное напряжение, которое ионизирует газы в рабочем канале, но не может разрушить диэлектрик, на поверхности которого накапливаются ионы. Топливо и окислитель смешивают и подают в камеры сгорания расположенные на концах рабочего канала и соединённые с этим каналом соплами. Детонационное сгорание каждой новой порции топливной смеси создаёт ударную волну. Она движется по рабочему каналу возвратно-поступательно и перемещает накопленные ионы поверхностного заряда с одного конденсатора на другой по ходу своего движения. Тогда между внешними обкладками конденсаторов возникают импульсы высокого переменного напряжения. Величина этих импульсов зависит от величины напряжения на электродах ионизации.
Импульсы высокого напряжения понижают с помощью трансформатора, выпрямляют и используют.
Расчёт мощности генератора основан на количестве ионов, перемещаемых ударной волной за один полупериод работы генератора. При длине рабочего канала 1 метр, длина двух цилиндрических конденсаторов может достигать 0,8 метра. Для примера рассчитаем ёмкость одного конденсатора из керамики на основе ЦТС (цирконата - титаната свинца) по формуле:
5
с = ee 0 - где: e 0 = 8,854187817x10 12 Ф/м;
e - относительная диэлектрическая проницаемость (для ЦТС керамики примем 1700);
S - площадь внутренней поверхности для диаметра керамического цилиндра 0,05 м и длины цилиндра 0,4 м составит (п*0, 05*0.4) 0,0628 м 2 ;
d - толщина керамики (для высоких напряжений и механической прочности принимаем 0,005 м, что позволит выдерживать электрическое напряжение не менее 30000 В (6000 В/мм). Ёмкость конденсатора составит (8,854187817х10 12 *1700*0.0628/0.005) 0,19 мкФ.
Количество ионов запасённых на внутренней поверхности конденсатора рассчитывают по формуле:
q = C * U
q - величина ионного положительного заряда для данного конденсатора при заряде до половины рабочего напряжения (15000 В) составит (ОД 9х10 6 * 15000) 0,00285 Кл.
Ток за один проход ударной волны определяется количеством ионов перенесённых с поверхности одного конденсатора на поверхность другого в виде скользящего по поверхности керамики ионного заряда. Один проход ударной волны при скорости 1000 м/с в канале длиной 1 м занимает время 0,001 с. Тогда ток при переносе накопленного заряда составит:
Ток равен (0,00285/0,001) 2,85 ампера. Ударная волна может переносить только часть накопленного заряда, тогда ток будет меньше, допустим 1,5 ампера. Мощность импульса составит:
Рима. = и * 1
Мощность импульса равна (15000*1,5) 22500 Вт. Простой расчёт не позволяет точно определить мощность генератора, но показывает порядок цифр предполагаемого выхода мощности с трубы длиной 1 м и внутренним диаметром 50 мм.
Для создания и поддержания ионного поверхностного заряда используют электроды ионизации газов, расположенные вблизи поверхности диэлектрика внутри рабочего канала. Напряжение ионизации подают от маломощного источника высокого напряжения (для примера 30000 В).
Запуск ударной волны в рабочем канале осуществляют путём подачи переменного напряжения на низковольтную обмотку выходного трансформатора. Частоту и фазу подаваемого переменного напряжения согласуют с движением возбуждаемой звуковой, а далее ударной волны в рабочем канале. Ударная волна возникает за счёт «обратного» преобразования электрической мощности в механическое перемещение накопленных ионов с поверхности одного конденсатора на поверхность другого конденсатора в виде скользящего электрического разряда.
Расчёт силы взаимодействия накопленного ионного заряда с электрическим полем упростим до формулы:
F = Е * q
где: Е- напряжённость электрического поля для расстояния между средними точками двух конденсаторов 0,4 м, при напряжении между конденсаторами в первый момент приложения напряжения 30000 вольт равна (30000/0,4) 75000 В/м;
q - Накопленный заряд одного конденсатора равен 0,00285 Кл.
Сила F равна (75000*0.00285) 213 Н.
Масса газов в рабочем канале генератора не превышает 0,005 кг. Тогда ускорение массы газов под действием силы 213 Н составит:
F
а = —
772
Ускорение равно (213/0,005) 42600 м/с 2 .
Такой силы, которая меняет направление действия каждые полпериода возвратно-поступательного движения газов в рабочем канале, достаточно для создания ударной волны. За некоторое количество периодов скорость ударной волны достигнет 1000 м/с, что позволит сжимать топливную смесь в камерах сгорания с силой и скоростью, достаточной для её сгорания в режиме детонации. Последовательность детонаций (микровзрывов) в камерах сгорания продолжает поддерживать движение ударной волны в рабочем канале после отключения пускового переменного напряжения, вплоть до отключения подачи топлива. Расчёты упрощены и дают только общее представление о силах взаимодействия электрического поля с ионами газов в рабочем канале.
Устройство генератора отличается тем, что средняя часть рабочего канала состоит из двух высоковольтных конденсаторов, наружные обкладки которых сделаны из металла, а внутренняя поверхность диэлектрика отполирована и служит для накопления ионов газов. К наружным обкладкам подключают концы высоковольтных обмоток выходного трансформатора, а низковольтную обмотку включают в цепь нагрузки. Вблизи от внутренней поверхности диэлектрика размещают электроды ионизации.
На чертеже представлен продольный разрез генератора электроэнергии на конденсаторах ионного поверхностного заряда.
Устройство генератора содержит рабочий канал (1), электроды ионизации (2), трансформатор (3), низковольтная обмотка трансформатора (4), высоковольтные обмотки трансформатора (5), внешние обкладки конденсаторов (6), камера сгорания (7), сопло (8). Устройство работает следующим образом. При начальном атмосферном давлении в рабочем канале (1) производят заряд диэлектрических поверхностей конденсаторов ионами газов путём подачи на электроды ионизации (2) высокого положительного напряжения (+30000 вольт), которое ионизирует газ, но не разрушает диэлектрик. Далее осуществляют запуск ударной волны с помощью включения трансформатора (3) в режиме «старт». В этом режиме переменное напряжение подают на выводы низковольтной обмотки (4), тогда между выводами высоковольтных обмоток (5) и соединёнными с ними внешними обкладками конденсаторов (6) возникают импульсы высокого напряжения. Это напряжение создаёт электрическое поле, которое перемещает накопленные ранее ионы газов с поверхности одного конденсатора на поверхность другого. Перемещение ионов через место соединения конденсаторов приводит к перемещению нейтральных молекул и атомов газов в том же направлении. Частоту и фазу подаваемого напряжения согласуют с движением ударной волны, возбуждаемой в рабочем канале. За некоторое количество периодов ударная волна достигает такой скорости, которой достаточно для детонации топливной смеси, подаваемой в камеры сгорания (7). Сопло (8) в зависимости от направления движения газов ускоряет или тормозит ударную волну. Последовательность микровзрывов в камерах сгорания продолжает поддерживать движение ударной волны в рабочем канале после отключения стартового переменного напряжения, вплоть до отключения подачи топлива. Далее, трансформатор переключают в режим подачи мощности с низковольтной обмотки (11вых.) в цепь нагрузки. Высоковольтные обмотки трансформатора подключают к внешним обкладкам конденсаторов, на которых высокое переменное напряжение возникает за счёт перемещения ионов поверхностного заряда с одного конденсатора на другой. Возвратно- поступательное движение ударной волны совершает работу по переносу ионов против сил электрического поля, что приводит к преобразованию механической энергии торможения ударной волны в электрическую энергию в каждом цикле работы генератора.