способ получения электрической энергии

Формула изобретения

Способ получения электрической энергии, заключающийся в том, что водород пропускают через разрядное устройство, содержащее, по меньшей мере, два электрода анод и катод, расположенные последовательно по потоку водорода, на анод подают импульсное напряжение, достаточное для возникновения стримерного разряда, а с катода снимают импульсное напряжение для конвертирования и передачи потребителю, причем импульсное напряжение подают с частотой от 35 до 45 кГц, величина импульсного напряжения, подаваемого на анод, составляет от 13 до 19 кВ, стримерный разряд поддерживают со средним током от 0,5 до 1,0 А, а водород пропускают через разрядное устройство со скоростью потока от 85 до 110 м/с и направлением от катода к аноду, прошедший через разрядное устройство водород возвращают на вход в разрядное устройство.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании автономных источников питания.

Из предшествующего уровня можно отметить следующие технические решения:

- US 5416391, H03K 3/37, 1995, где предлагается преобразователь постоянного напряжения в переменное с использованием разрядной трубки, параллельно подключенной к ней емкости и электродвигателя переменного тока;

- US 5449989, H03K 3/37, 1995, где предлагается устройство для преобразования энергии, включающее разрядную трубку, работающую в пульсирующем режиме, при этом энергия эмиссии разряда в большей степени передается с одного электрода на другой;

- US 550235, H01J 7/24, 1996, где предлагается генератор импульсов тлеющего разряда с использованием разрядной трубки и источника постоянного тока.

Известен способ генерирования импульсов высокого напряжения /RU 2155443, H03K 3/537, 2000/, при котором водород, находящийся под давлением 15 бар в газоразрядной трубке, оснащенной несколькими каскадами, предварительно ионизируют ультрафиолетовым излучением, а затем последовательно разряжают каскады, находящиеся под напряжением 35 кВ.

Недостатками всех вышеуказанных технических решений является то, что не удается обеспечить положительный баланс между затраченной и полученной в результате преобразования электрической энергии.

Указанные технические решения характеризуются низким КПД и недостаточной выходной мощностью. Задача, решаемая изобретением, сводится к созданию автономного способа получения электрической энергии. Технический результат - повышение КПД и выходной мощности.

Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается способ получения электрической энергии, заключающийся в том, что водород пропускают через разрядное устройство, содержащее, по меньшей мере, два электрода анод и катод, расположенные последовательно по потоку водорода, на анод подают импульсное напряжение, достаточное для возникновения стримерного разряда, а с катода снимают импульсное напряжение для конвертирования и передачи потребителю.

Дополнительно предлагается импульсное напряжение подавать с частотой от 35 до 45 кГц.

Дополнительно предлагается величину импульсного напряжения, подаваемого на анод, поддерживать в пределах от 13 до 19 кВ.

Дополнительно предлагается стримерный разряд поддерживать со средним током от 0,5 до 1,0 А.

Дополнительно предлагается импульсное напряжение подавать на анод с энерговкладом от 1,7·10^-12 до 6·10^-12 Дж/мол.

Дополнительно предлагается водород пропускать через разрядное устройство со скоростью потока от 85 до 110 м/с и направлением от катода к аноду.

Дополнительно предлагается прошедший через разрядное устройство водород возвращать на вход в разрядное устройство.

Также дополнительно предлагается часть энергии, получаемой с катода после конвертирования и преобразования в импульсное напряжение, подавать на анод.

На фиг.1 представлена схема водородного источника питания, на фиг.2 - осциллограмма тока после импульсного источника питания (до анода), на фиг.3, 4 и 5 - осциллограммы тока за катодом на различных разверстках. Схема водородного источника питания включает:

1 - пускатель;

2 - импульсный источник питания;

3 - разрядное устройство, состоящее из кварцевой трубки и электродов анода и катода;

4 - конвертер-распределитель;

5 - водородный компрессор;

6 - редуктор-смеситель;

7 - баллон с водородом.

Способ осуществляют следующим образом. Открывают баллон 7 с водородом, при этом редуктор-смеситель 6 закрыт. Импульсный источник питания 2 запускают от пускателя 1 и напряжение подают на электроды- анод и катод разрядника 3. Далее открывают редуктор-смеситель 6 и водород подают в газовую магистраль разрядника 3. После подачи в разрядник 3 потока водорода между электродами анодом и катодом возникает стримерный разряд. Плазма стримерного разряда замыкает электроды анод и катод разрядника 3, и в электрической цепи водородного источника питания возникает электрический ток [1].

Ток за катодом имеет импульсно-периодическую форму. Осциллограмма тока за катодом приведена на фиг.3, 4 и 5.

Импульсно-периодическая форма напряжения конвертером-распределителем 4 преобразуется в периодическую форму с частотой 50 Гц. В электрическую цепь генератора энергии отводится часть мощности, необходимая для питания всего водородного источника питания в целом. Редуктор-смеситель 6 обеспечивает нужное давление потока водорода в газовой магистрали водородного источника питания. Водородный источник питания работает в рабочем режиме при обеспечении энерговклада, который связывает конструктивные параметры разрядника 3 и мощность, вырабатываемую импульсным источником питания 2, соотношением ,

где Е - энерговклад;

Р_ИИП - мощность, вырабатываемая импульсным источником питания;

V_разр - объем разрядника;

- плотность водорода.

Пример конкретной реализации способа. Разрядное устройство было выполнено длиной 400 мм с расстоянием между электродами 85 мм. Анод был выполнен по форме в виде тора, а катод - в виде конуса. Оба электрода были выполнены из бронзы. Использовался импульсный источник питания с частотой повторения импульсов 40 кГц, током 1 А и напряжением 20 кВ. Осциллограмма тока после источника питания приведена на фиг.2. Водород пропускали через зарядное устройство со скоростью 100 м/с. При указанных режимах возникал стримерный разряд. Как видно из осциллограмм, после катода возникают импульсы разрядного тока, имеющие колебательный характер. Частота следования импульсов разрядного тока составляет примерно 40 кГц, их форма приведена на фиг.3-5. Средний ток до анода составил 0,7 А, средний ток после катода составил 6,0 А [1].

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании автономных источников питания. Предложен способ получения электрической энергии, заключающийся в том, что водород пропускают через разрядное устройство, содержащее, по меньшей мере, два электрода катод и анод, расположенные последовательно по потоку водорода, на анод подают импульсное напряжение, достаточное для возникновения стримерного разряда, а с катода снимают импульсное напряжение для конвертирования и передачи потребителю. Технический результат заключается в повышении КПД и выходной мощности.

Источники информации

1. Горелик Е.П., Каторгин А.Б., Каторгин Б.И., Марин М.Ю. Экспериментальное исследование электрического разряда в продольном потоке водорода // Известия РАН, серия Энергетика, 2009, № 4, 25.