Краткое описание

Заявленные способ и устройство позволяют получить электрическую энергию переменного тока с частотой 400-1000 Гц, что снижает удельный вес устройства до 0,2 - 0,12 кг/кВт, путём преобразования тепловой энергии детонационного сгорания водорода в кинетическую энергию потока специально ионизированных продуктов реакции, движущихся возвратно - поступательно в рабочем канале из диэлектрического материала в виде области высокого давления ударной волны, торможение которой осуществляет сила электромагнитной индукции при подключение электрической нагрузки к выходным обмоткам магнитопроводов, охватывающих этот рабочий канал. С учетом потерь КПД преобразователя выше 50%.

Заявленные способ и устройство позволяют получить электрическую энергию переменного тока с частотой 400-1000 Гц, что снижает удельный вес устройства до 0,2 - 0,12 кг/кВт, путём преобразования тепловой энергии детонационного сгорания водорода в кинетическую энергию потока специально ионизированных продуктов реакции, движущихся возвратно - поступательно в рабочем канале из диэлектрического материала в виде области высокого давления ударной волны, торможение которой осуществляет сила электромагнитной индукции при подключение электрической нагрузки к выходным обмоткам магнитопроводов, охватывающих этот рабочий канал. С учетом потерь КПД преобразователя выше 50%.

Область применения

Изобретение относится к энергетике, транспорту, авиации и космонавтике заявляя своей целью создание устройств автономного электрического отопления и освещения домов, или питания электрического двигателя автомобиля, или создания эффективной реактивной тяги воздушно – космических летательных аппаратов путём дополнительного ускорения силой электромагнитной индукции специально ионизированных продуктов химической реакции детонационного сгорания топлива.

Эффективность технического решения

Предлагаемые устройства обеспечивают получение электрической энергии или пульсирующей реактивной тяги от химической реакции детонационного сгорания топлива с высоким КПД - более 50%, низким удельным весом 0,2 кг/кВт, скоростью вылета газов из электромагнитного ускорителя заряженных частиц выше 50 км/с.

Принцип работы

Устройство генератора электрической энергии показано на фигуре 1 и отличается от гиперзвукового пульсирующего реактивного двигателя, фигура 2, конструкцией выхлопной системы. Заявленный технический результат достигается тем, что компоненты топлива, например водород и воздух (кислород), под давлением из системы регулировки 1 подают в смесительные камеры 4 сквозь жиклёры 2 и 3, и через быстродействующие механические клапана 5 в две внутренние камеры импульсного детонационного сгорания 6, расположенные навстречу друг другу и соединённые через сверхзвуковые сопла 13 и рабочий канал 14, в единое устройство. Каждую поступившую порцию топливной смеси сжигают в детонационном режиме, достижимым при такой скорости ударной волны в рабочем канале, которой достаточно для сжатия, воспламенения и взрывного сгорания этой порции.

Способ прямого преобразования энергии импульсного детонационного сгорания топлива в электрическую энергию и генератор переменного тока для его реализации

В генераторе переменного тока продукты реакции выводят в выхлопную систему 15 через жиклёр 17,а в реактивном двигателе через выходную камеру детонационного сгорания 17 и канал ускорителя заряженных частиц 15. Для запуска устройства применяют систему инициирования детонационного сгорания с помощью электрических разрядов, частота следования которых в процессе запуска возрастает вместе с ростом скорости ударной волны, когда ударная волна достигает необходимой скорости, систему запуска отключают с помощью высоковольтного коммутатора 9. В рабочем канале создают положительный объёмный заряд за счёт вывода электронов в выхлопную систему через термоэмиссионный электрод 16, высоковольтную обмотку 8 и каталитический электрод 7 за счёт короткого, несколько десятков микросекунд, электромагнитного импульса в магнитопроводе камеры сгорания 12, полученного в результате импульса напряжения, поданного устройством управления 10 на входную обмотку 11 в момент детонационного сгорания топливной смеси в данной камере. Скачки давления газов в выхлопной системе или вырабатываемую электрическую энергию используют для сжатия атмосферного воздуха в соответствующем устройстве 20 (если необходимо). Ударная волна в рабочем канале движется возвратно – поступательно в виде области высокого давления с избытком ионов и взаимодействует с магнитопроводом 18, наводя в выходной обмотке 19 напряжение переменного тока, которое используют для всех областей применения, указанных выше. В гиперзвуковом реактивном двигателе электромагнитная сила торможения ионизированной ударной волны в рабочем канале преобразуется устройством 10 в электромагнитную силу ускорения газовых объёмных зарядов в выходном канале ускорителя заряженных частиц. Скорость вылета газов из такого двигателя может достигать 50 км/с и более при соотношение масс, движущихся в рабочем и выходном каналах 10 : 1.

Пульсирующий реактивный двигатель в режиме детонационного сгорания топлива с дополнительным ускорением газовых объёмных зарядов силой электромагнитной индукции

Высокие скорость, температура и давление при детонационном сгоранием топлива, определяют высокий КПД, более 50%, заявленного способа получения электрической энергии. Высокая частота, более 600 Гц, преобразования энергии возвратно – поступательного движения ударной волны в электрическую энергию, при длине рабочего канала менее 1 м, позволяет снизить удельный вес заявленного устройства до 0.2 кг/кВт и ниже. В качестве топлива предпочтительно использовать водород, как имеющий наибольшую скорость сгорания и экологическую чистоту.

Камера детонационного сгорания из кремний–карбидного композита: импульс давления 60 - 80 МПа, температура взрыва до 3000 С, длительность импульса давления до 20 мкс, частота следования импульсов 600 – 1000 Гц.

Камера детонационного сгорания из кремний - карбидного композита с высоковольтной составной индукционной катушкой

Формула изобретения

п. 1. Способ прямого преобразования энергии импульсного детонационного сгорания топлива в электрическую энергию основанный на снятие энергии с движущегося потока вещества, отличающийся тем, что в две камеры импульсного детонационного сгорания под давлением подают порции топливной смеси, воспламенение и детонационное сгорание которых обеспечивают с помощью ударной волны, возвратно – поступательно движущейся в рабочем канале со скоростью выше достаточной для инициирования детонационного сгорания, и несущей в себе положительный объёмный заряд, силами электромагнитной индукции наводящей в выходных обмотках нескольких магнитопроводов, охватывающих рабочий канал, напряжение переменного тока, которое используют.

п. 2. Генератор переменного тока, преобразующий энергию возвратно – поступательного движения ударной волны, несущей объёмный заряд, в электрическую энергию, содержащий рабочий канал и систему подачи компонентов топлива, отличающейся тем, что компоненты топлива перемешивают в смесительных камерах и через быстродействующие механические клапаны подают в две камеры импульсного детонационного сгорания, направленные навстречу друг другу и соединённые через сверхзвуковые сопла и рабочий канал в единое устройство, имеющее внутреннее диэлектрическое покрытие или изготовленное из немагнитного диэлектрического материала, включающее выхлопную систему, скачки давления газа в которой используют для сжатия атмосферного воздуха, содержащее систему вывода электронов из камеры сгорания в выхлопную систему через каталитический электрод, высоковольтную обмотку магнитопровода камеры сгорания и термоэмиссионный электрод, для создания в рабочем канале положительного объёмного заряда, а также магнитопровод с выходной обмоткой и высоковольтный коммутатор для запуска генератора в работу.

Основные преимущества

Основными преимуществами предлагаемых устройств являются:

• эффективное использование топлива;
• относительная простота конструкции;
• малый вес и размеры устройств при высокой мощности, генератор 100 кВт весит менее 20 кг;
• низкая стоимость применяемых конструкционных материалов, корпус из прочного, не пористого, жаростойкого, немагнитного диэлектрика, магнитопроводы из феррита и аморфного железа, небольшое количество высокотемпературного катализатора на основе никеля (несколько грамм в одной камере сгорания). Генератор 100 кВт при серийном изготовление может стоить меньше 1000 долларов;
• реактивный двигатель при длине 2 м, диаметре рабочего и выходного каналов 70 мм, создаёт тягу более 1000 кг. Для повышения тяги используют несколько таких двигателей;
• ни один из существующих аналогов не имеет подобных технических характеристик.

Патентная защита

В июне 2008 года поданы две заявки на изобретения в ФИПС:

• заявка № 2008127128 «Способ прямого преобразования энергии импульсного детонационного сгорания топлива в электрическую энергию и генератор переменного тока для его реализации»;
• заявка № 2008127144 «Пульсирующий реактивный двигатель в режиме детонационного сгорания топлива с дополнительным ускорением газовых объёмных зарядов силой электромагнитной индукции»;
• в марте – апреле 2009 года запланирована подача международной заявки с рабочим названием «Генератор переменного тока и гиперзвуковой пульсирующий реактивный двигатель на его основе».