Система магнитогидродинамического генерирования электроэнергии

Относится к области электроэнергетики и может быть использовано для создания систем магнитогидродинамического (МГД) генерирования электроэнергии на основе МГД-генераторов, вырабатывающих электрическую энергию в десятки или сотни кВт. Задача: упрощение конструкции, повышение мощности и снижение себестоимости генерируемой электроэнергии. Система магнитогидродинамического генерирования электроэнергии содержит как минимум два МГД-генератора, каждый из которых содержит корпус 1 (7), выполненный в виде сопла Лаваля, как минимум одну форсунку 2 (8) для подачи воды или водяного пара на вход этого сопла, пьезоэлемент для образования водяного пара, электроды 3 (9) для создания высоковольтной дуги, установленные во входной части сопла Лаваля, магнитную систему 4 (10), средство 5, (11) съема электрического тока, расположенные в области расширяющейся части сопла Лаваля, дополнительную форсунку 6 (12) для подачи воды или водяного пара. При этом МГД-генераторы установлены последовательно так, что в процессе работы системы рабочее тело, выходящее из расширяющейся части сопла Лаваля 1 предшествующего МГД-генератора, поступает на вход сопла Лаваля 7 последующего МГД-генератора, а средство 5 съема электрического тока предшествующего МГД-генератора электрически связано с электродами 9 для создания высоковольтной дуги последующего МГД-генератора и электромагнитом магнитной системы 10 последующего МГД-генератора. 1 нез. пункт ф-лы; 1 ил.

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована для создания систем магнитогидродинамического (МГД) генерирования электроэнергии на основе МГД-генераторов, вырабатывающих электрическую энергию в десятки или сотни кВт.

Уровень техники

Известен МГД-генератор, содержащий корпус, выполненный в виде полого цилиндра, открытые торцы которого служат для впуска и выведения жидкостной рабочей среды, электромагнитные обмотки, создающие магнитное поле, направленное перпендикулярно оси цилиндра, и размещенные в цилиндре электроды, установленные параллельно направлению магнитного поля (см. патент Японии N 2713216, кл. Н02К 44/00, оп. 1998). В известном генераторе в качестве рабочей электропроводной среды, перемещающейся вдоль оси цилиндра, используется морская вода, например, в виде морских волн, а электрическая нагрузка подключена к электродам.

Признаки, являющиеся общими для известного и заявленного технических решений, - заключаются в наличии корпуса, магнитной системы (электромагнитные обмотки, создающее магнитное поле) и средства съема электрического тока (размещенные в цилиндре электроды, установленные параллельно направлению магнитного поля).

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении требуемого технического результата, заключается в том, что корпус выполнен в виде цилиндра, а в качестве рабочей среды используется морская вода.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является МГД-генератор, содержащий камеру сгорания углеводородного топлива, предназначенную для генерирования рабочего тела, корпус, выполненный в виде диффузора, соединенного своим входом с камерой сгорания, обмотку электромагнита, расположенную в области диффузора, а также электроды, установленные в диффузоре вдоль потока рабочего тела (Политехнический словарь / Редкол.: А.Ю.Ишлинский (гл. ред.) и др. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2000. - С.283).

Признаки, являющиеся общими для известного и заявленного решений, заключаются в наличии камеры сгорания, корпуса, выполненного в виде диффузора, магнитной системы (обмотка электромагнита) и средства съема электрического тока (электроды, установленные в диффузоре вдоль потока рабочего тела).

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении требуемого технического результата, заключается в использовании углеводородного топлива и в выполнении камеры сгорания и корпуса в виде отдельных устройств.

Сущность полезной модели

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в упрощении конструкции, повышении мощности и снижении себестоимости генерируемой электроэнергии.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в использовании водяного топлива путем диссоциации воды на водород и кислород и сжигания этого водорода в среде этого кислорода, а также в том, что корпус одновременно выполняет функцию камеры сгорания благодаря выполнению корпуса в виде сопла Лаваля, что дает возможность соединять несколько МГД-генераторов в последовательную цепь с образованием системы (батареи) МГД-генераторов с целью увеличения мощности генерируемой электроэнергии.

Достигается технический результат тем, что система магнитогидро-динамического генерирования электроэнергии содержит как минимум два МГД-генератора, каждый из которых содержит корпус, выполненный в виде сопла Лаваля, как минимум одну форсунку для подачи воды или водяного пара на вход этого сопла, электроды для создания высоковольтной дуги, установленные во входной части сопла Лаваля, а также магнитную систему и средство съема электрического тока, расположенные в области расширяющейся части сопла Лаваля, при этом МГД-генераторы установлены последовательно так, что в процессе работы системы рабочее тело, выходящее из расширяющейся части сопла Лаваля предшествующего МГД-генератора, поступает на вход сопла Лаваля последующего МГД-генератора, а средство съема электрического тока предшествующего МГД-генератора электрически связано с электродами для создания высоковольтной дуги последующего МГД-генератора.

Достигается технический результат также тем, что по крайней мере одни МГД-генератор содержит как минимум одну дополнительную форсунку для подачи воды или водяного пара в сопло Лаваля в области его сужающейся части.

Достигается технический результат также тем, что магнитная система последующего МГД-генератора содержит электромагнит, электрически связанный со средством съема электрического тока предшествующего МГД-генератора.

Достигается технический результат также тем, что система содержит по крайней мере один пьезоэлемент для образования водяного пара.

Новизна заявленного технического решения заключаются в том, что корпус представляет собой сопло Лаваля, работающее на водяном топливе, а также в последовательном соединении двух и более МГД-генераторов.

Перечень фигур чертежей

На прилагаемой фигуре схематично показана система магнитогидродинамического генерирования электроэнергии.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели

Система магнитогидродинамического генерирования электроэнергии содержит как минимум два последовательно установленных (гидродинамически связанных) МГД-генератора, один из которых является предшествующим, другой - последующим.

Предшествующий МГД-генератор содержит корпус 1, выполненный в виде сопла Лаваля, как минимум одну форсунку 2 для подачи воды или водяного пара на вход этого сопла, пьезоэлемент для образования водяного пара (пьезоэлемент не показан), электроды 3 для создания высоковольтной дуги, установленные во входной части сопла 1, магнитную систему 4, выполненную в виде постоянного магнита или в виде обмотки электромагнита (возможно сочетание того и другого), расположенной в области расширяющейся части (диффузора) сопла, и средство 5 съема электрического тока, выполненное в виде электродов, размещенных в расширяющейся части сопла 1 вдоль потока рабочего тела. При этом средство 5 может быть выполнено индукционным (т.е. безэлектродным). Кроме того, предшествующий МГД-генератор содержит как минимум одну дополнительную форсунку 6 для подачи воды или водяного пара в сопло 1 в области его сужающейся части.

Последующий МГД-генератор содержит корпус 7, выполненный в виде сопла Лаваля, как минимум одну форсунку 8 для подачи воды или водяного пара на вход этого сопла, пьезоэлемент для образования водяного пара (пьезоэлемент не показан), электроды 9 для создания высоковольтной дуги, установленные во входной части сопла 7, магнитную систему 10, выполненную в виде постоянного магнита или в виде обмотки электромагнита (возможно сочетание того и другого), расположенной в области расширяющейся части (диффузора) сопла, и средство 11 съема электрического тока, выполненное в виде электродов, размещенных в расширяющейся части сопла 7 вдоль потока рабочего тела.

При этом средство 11 может быть выполнено индукционным (т.е. безэлектродным). Кроме того, последующий МГД-генератор содержит как минимум одну дополнительную форсунку 12 для подачи воды или водяного пара в сопло 7 в области его сужающейся части.

МГД-генераторы установлены последовательно так, что в процессе работы системы рабочее тело, выходящее из расширяющейся части сопла Лаваля 1 предшествующего МГД-генератора, поступает на вход сопла Лаваля 7 последующего МГД-генератора, а средство 5 съема электрического тока предшествующего МГД-генератора электрически (посредством электрической связи 13) связано с электродами 9 для создания высоковольтной дуги последующего МГД-генератора. Кроме того, если магнитная система 10 последующего МГД-генератора содержит электромагнит (выполнена в виде электромагнита), то этот электромагнит электрически связан со средством 5 съема электрического тока предшествующего МГД-генератора (связь не показана).

Работа системы заключается в следующем.

В сопло Лаваля 1 при помощи форсунки 2 подают воду или водяной пар, вырабатываемый пьезоэлементом. Электроды 3 подключают к источнику тока высокого напряжения (не показан). В результате прохождения тока в сопле 1 (в его входной части) происходит разложение воды на водород и кислород и последующее сгорание водорода с образованием в сопле 1 плазмы, температура которой достигает 6000°С. Данная плазма является рабочим телом предшествующего МГД-генератора, которое далее через сужающуюся часть сопла поступает в его диффузор (расширяющуюся часть). Попутно в этот поток плазмы через форсунку 6 поступает дополнительная вода или дополнительный водяной пар, вырабатываемый пьезоэлементом. Эта дополнительная вода (или водяной пар) разлагается под действием высокой температуры плазмы с образованием кислорода и водорода, который сгорает, в результате чего общий объем плазмы, поступающей далее в диффузор (расширяющуюся часть) сопла 1, значительно возрастает. При движении плазмы через диффузор (расширяющуюся часть) сопла 1 эта плазма попадает в магнитное поле, образуемое магнитной системой 4 предшествующего МГД-генератора. В результате в этой плазме, являющейся рабочим телом МГД-генератора, индуцируется электрический ток, который при помощи средства 5 съема электрического тока отводится в электрическую цепь 13, по которой высокое напряжение подается на электроды 9 последующего МГД-генератора. При этом рабочее тело (плазма) с выхода расширяющейся части сопла Лаваля 1 предшествующего МГД-генератора поступает на вход сопла Лаваля 7 последующего МГД-генератора. Одновременно в сопло Лаваля 7 при помощи форсунки 8 подают воду или водяной пар, вырабатываемый пьезоэлементом. В результате прохождения тока в сопле 7 (в его входной части) происходит разложение воды на водород и кислород и последующее сгорание водорода с образованием в сопле 7 плазмы, которая смешивается с плазмой, поступающей с выхода сопла 1. Данная суммарная плазма является рабочим телом последующего МГД-генератора, которое далее через сужающуюся часть сопла последующего МГД-генератора поступает в его диффузор (расширяющуюся часть). Попутно в этот поток плазмы через форсунку 12 поступает дополнительная вода или дополнительный водяной пар, вырабатываемый пьезоэлементом. Эта дополнительная вода (или водяной пар) разлагается под действием высокой температуры плазмы с образованием кислорода и водорода, который сгорает, в результате чего общий объем плазмы, поступающей далее в диффузор (расширяющуюся часть) сопла 7, значительно возрастает. При движении плазмы через диффузор (расширяющуюся часть) сопла 7 эта плазма попадает в магнитное поле, образуемое магнитной системой 10. В результате в этой плазме, являющейся рабочим телом последующего МГД-генератора, индуцируется электрический ток, который при помощи средства 11 съема электрического тока отводится в выходную электрическую цепь (не показана)

Такая конструкция системы магнитогидродинамического (МГД) генерирования электроэнергии дает значительное увеличение результирующей мощности генерации. При этом электрический ток, вырабатываемый предыдущим МГД-генератором цепи, поступает в последующий МГД-генератор данной цепи не только для получения в этом последующем МГД-генераторе высоковольтной дуги, но и для создания в его расширяющейся части магнитного поля (наряду со стационарными магнитами).

1. Система магнитогидродинамического генерирования электроэнергии, которая содержит как минимум два МГД-генератора, каждый из которых содержит корпус, выполненный в виде сопла Лаваля, как минимум одну форсунку для подачи воды или водяного пара на вход этого сопла, электроды для создания высоковольтной дуги, установленные во входной части сопла Лаваля, а также магнитную систему и средство съема электрического тока, расположенные в области расширяющейся части сопла Лаваля, при этом МГД-генераторы установлены последовательно так, что в процессе работы системы рабочее тело, выходящее из расширяющейся части сопла Лаваля предшествующего МГД-генератора, поступает на вход сопла Лаваля последующего МГД-генератора, а средство съема электрического тока предшествующего МГД-генератора электрически связано с электродами для создания высоковольтной дуги последующего МГД-генератора.

2. Система по п.1, в которой по крайней мере один МГД-генератор содержит как минимум одну дополнительную форсунку для подачи воды или водяного пара в сопло Лаваля в области его сужающейся части.

3. Система по п.1, в которой магнитная система последующего МГД-генератора содержит электромагнит, электрически связанный со средством съема электрического тока предшествующего МГД-генератора.

4. Система по п.1, которая содержит по крайней мере один пьезоэлемент для образования водяного пара.