RU2640193C2

RU2640193C2 - Method of increasing efficiency of plasma-hydrogen radiator operation

Info

Publication number: RU2640193C2
Application number: RU2016146078A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Леонидович Багич
Original assignee: Геннадий Леонидович Багич
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2017-12-27
Also published as: RU2016146078A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: plasma formed from the explosive gas is accelerated by the electromagnetic field, which is the sum of the electric and magnetic fields. In order to ignite the explosive gas, the electric field strength of the discharge chamber exceeds the voltage of breakdown and explosive gas, supplied from the mixing chamber into the discharging one, and the magnetic field, accelerating the formed plasma, is the sum of several magnetic fields that are created by a magnetic core, its winding wire and two parallel-connected inductances. The pair of inductances is series- and electrically connected with the secondary winding and transformer feedback winding, these windings are in the shape of a hollow spiral, in which cooling water is pumped. Hot output water from the windings is fed to the inlet of the water decomposition device, at the outlet of which the formed explosive gas enters the discharge chamber.

EFFECT: increase of the radiating power of the plasma flow.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области плазменно-электромагнитного воздействия на различные виды материальной среды, расположенной как на близком, так и значительном расстояниях от излучателя.The invention relates to the field of plasma-electromagnetic effects on various types of material medium located both at close and significant distances from the emitter.

Известны способ поражения токопроводящих целей регулированием тока поражения и устройства для его осуществления см. Российский патент №2599771 и способ излучения энергии и устройство для его осуществления (плазменный излучатель) см. Российский патент №2578192, который содержит емкостную камеру, переходящую в разрядную камеру, напряженность электрического поля которой превышает напряжение пробоя, воздуха, подаваемого из воздушной камеры в разрядную, после чего плазма ускоряется электромагнитным полем, представляющим собой сумму электрического и магнитного полей, при этом магнитное поле образуется по меньшей мере одной парой индуктивностей с постоянным значением вектора Пойтинга, направленного вдоль оси излучения. Недостатком изобретения является то, что для создания значительной излучающей мощности необходимо значительно увеличить затраты на изготовление устройства, что приводит к увеличению себестоимости устройства.A known method of defeating conductive targets by controlling the current of the lesion and the device for its implementation, see Russian patent No. 2599771 and the method of radiation of energy and device for its implementation (plasma emitter), see Russian patent No. 2578192, which contains a capacitive chamber that passes into the discharge chamber, tension the electric field of which exceeds the breakdown voltage of air supplied from the air chamber to the discharge, after which the plasma is accelerated by an electromagnetic field, which is the sum of the electric and magnetic fields, while the magnetic field is formed by at least one pair of inductances with a constant value of the Poiting vector, directed along the axis of radiation. The disadvantage of the invention is that to create significant radiating power, it is necessary to significantly increase the cost of manufacturing the device, which leads to an increase in the cost of the device.

Целью изобретения является увеличение излучающей мощности плазменного потока, снижение удельной себестоимости устройства при его изготовлении, отнесенной к единице излучаемой мощности, а также оптимизированное расходование электроэнергии, которая определяется температурой, не разложившейся после электролиза выходной воды.The aim of the invention is to increase the emitting power of the plasma stream, reduce the unit cost of the device during its manufacture, referred to a unit of radiated power, as well as optimized energy consumption, which is determined by the temperature that did not decompose after electrolysis of the outlet water.

Указанная цель достигается тем, что электромагнитное поле, ускоряющее плазму, получаемую за счет сгорания водорода, представляет собой сумму нескольких магнитных полей, которые образуются магнитопроводом, его обмоточным проводом и двумя параллельно соединенными индуктивностями, причем, во-первых, пара индуктивностей последовательно электрически связана со вторичной обмоткой и обмоткой обратной связи трансформатора, во-вторых, эти обмотки имеют форму полой спирали, внутри которой прокачивается охлаждающая вода, причем горячая выходная вода из обмоток поступает на вход устройства разложения воды, на выходе которого образованные газы поступают через камеру смешивания в разрядную камеру.This goal is achieved by the fact that the electromagnetic field accelerating the plasma obtained by the combustion of hydrogen is the sum of several magnetic fields that are formed by the magnetic circuit, its winding wire and two inductors connected in parallel, and, firstly, a pair of inductances is electrically connected in series with secondary winding and feedback winding of the transformer, secondly, these windings are in the form of a hollow spiral, inside which cooling water is pumped, and the hot outlet I of water supplied to the windings of water decomposition apparatus input, the output of which formed gases pass through the mixing chamber into the discharge chamber.

На фиг 1, 2 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ. Оно содержит конденсаторные пластины 1 и 2, образующие емкостную камеру 14, заполненную диэлектриком с большим значением диэлектрической проницаемости, например сополимером. В емкостной камере 14 расположены параллельно соединенные катушки индктивности 10 и 11 с правой и левой обмотками, намотанные вокруг отрицательной пластны 1 конденсатора. Для образования направленных эллипсоидов на фиг 2 показана электрическая схема соединения индуктивностей с односторонним направлением их магнитных полей, имеющих эллипсоидную форму. Вторичная обмотка трансформатора 3 последовательно соединяется с катушкой обратной связи 8 индуктивностями 10, 11 и представляет собой с помощью токопроводящего соединения 30 (хомута) замкнутый трубчатый, например медный, изолированный снаружи термостойкой изоляцией проводник, играющий роль токопроводящего контура, который охлаждается водой с помощью диэлектрических трубопроводов 12, 29. Катушка 8 обратной связи может быть подключена параллельно вторичной катушке 9. С помощью катушки обратной связи часть выходной энергии трансформатора передается на его вход, увеличивая тем самым нагрузочный ток, что приводит, за счет входной энергии, к увеличению излучаемой магнитной энергии. Магнитопровод трансформатора изготовляется (по аналогии с намоткой индуктивностей) путем правой и левой намоток двух изолированных лент 3 и 4, выполненных из электротехнической стали с образованием витков большего диаметра, которые проходят через первичную катушку 7, вторичную 9 и катушку обратной связи 9 и с образованием витков меньшего диаметра, расположенных вокруг конденсаторной пластины 1. Причем плоскости, включающие витки 3 большого диаметра, перпендикулярны плоскостям, включающим витки катушек. Внутри конденсаторной пластины 1 расположена водородная ячейка 15 (например, согласно Российским патентам №2521868, или 2496917, или 2517721, или 2535304, или 2456377, или 2541681), разлагающая воду на кислород и водород. Нагретая вода от замкнутого контура по тубопроводу 29 подается в ячейку 15. Не разложившаяся холодная вода выходит из трубопровода 29, поступает в замкнутый контур, где снова нагревается. Таким образом, тепловая энергия воды переходит во внутреннюю энергию водорода, при сжигании которого образуется выбрасываемая под давлением (по аналогии ДВС) водородная плазма.In Fig 1, 2 shows a device that implements the proposed method. It contains capacitor plates 1 and 2, forming a capacitive chamber 14 filled with a dielectric with a high dielectric constant, for example, a copolymer. In the capacitive chamber 14 are located in parallel connected the inductor 10 and 11 with the right and left windings, wound around the negative plate 1 of the capacitor. For the formation of directional ellipsoids, Fig. 2 shows an electrical circuit for connecting inductances with the one-sided direction of their magnetic fields having an ellipsoidal shape. The secondary winding of the transformer 3 is connected in series with the feedback coil 8 by inductors 10, 11 and is, using a conductive connection 30 (clamp), a closed tubular, for example, copper, insulated externally with heat-resistant insulation conductor playing the role of a conductive circuit, which is cooled by water using dielectric pipelines 12, 29. The feedback coil 8 can be connected parallel to the secondary coil 9. Using the feedback coil, part of the output energy of the transformer ne edaetsya to its input, thereby increasing the load current, which causes, due to the input energy to increase the radiated magnetic energy. The transformer magnetic core is manufactured (by analogy with winding inductances) by right and left windings of two insulated tapes 3 and 4 made of electrical steel with the formation of coils of larger diameter that pass through the primary coil 7, secondary 9 and the feedback coil 9 and with the formation of turns smaller diameter, located around the capacitor plate 1. Moreover, the planes, including turns 3 of large diameter, are perpendicular to the planes, including turns of coils. Inside the capacitor plate 1 is a hydrogen cell 15 (for example, according to Russian patents No. 2521868, or 2496917, or 2517721, or 2535304, or 2456377, or 2541681), which decomposes water into oxygen and hydrogen. Heated water from a closed circuit through a pipe 29 is supplied to the cell 15. Not decomposed cold water leaves the pipe 29, enters a closed circuit, where it is heated again. Thus, the thermal energy of water passes into the internal energy of hydrogen, during the combustion of which a hydrogen plasma is released under pressure (by analogy with ICE).

Физика отбора тепловой энергии водородом при разложении воды заключается в следующем. Известно, что нагрев материальных тел сказывается на увеличении кинетической энергии их микроэлементов. Так, увеличение тепловой энергии воды - это интенсификация броуновского движения молекул. При действии на воду энергии электрических и магнитных полей диполи воды стремятся ориентироваться вдоль суммарного вектора электрического и магнитного полей при условии одновременного их действия. В результате этого интенсификация теплового движения дипольных молекул снижается. Спрашивается, куда преобразовалась часть тепловой энергии воды. Очевидно, она преобразовалась в интенсифицированное движение атомов водорода и кислорода на другие траектории движения, что приводит к расслаблению их связей, на которые влияет также энергия электрических и магнитных полей. На основании сказанного делается вывод, что разрушение молекулы воды происходит тогда, когда суммарная энергия тепловая, энергия электрического и магнитного полей превосходит энергию сцепления водорода и кислорода в молекуле воды. Так при нагревании воды до ее плазменного состояния (до температуры, которая образуется при сжигании водорода) происходит разрушение молекул воды без действия электроэнергии. И, наоборот, при действии электрической энергии, эквивалентной тепловой энергии разрушения молекулы воды на воду, имеющую, например, температуру около нуля, происходит также разложение воды. Способы существующих устройств разложения воды в основном включают электрическое поле, образованное водяным конденсатором, где вода играет роль диэлектрика.The physics of the selection of thermal energy by hydrogen during the decomposition of water is as follows. It is known that the heating of material bodies affects the increase in the kinetic energy of their trace elements. Thus, an increase in the thermal energy of water is an intensification of the Brownian motion of molecules. When the energy of electric and magnetic fields acts on water, water dipoles tend to orient themselves along the total vector of electric and magnetic fields under the condition of their simultaneous action. As a result of this, the intensification of the thermal motion of dipole molecules decreases. The question is where part of the thermal energy of the water was converted. Obviously, it was transformed into the intensified motion of hydrogen and oxygen atoms on other motion paths, which leads to relaxation of their bonds, which are also affected by the energy of electric and magnetic fields. Based on the foregoing, it is concluded that the destruction of a water molecule occurs when the total energy is thermal, the energy of the electric and magnetic fields exceeds the energy of adhesion of hydrogen and oxygen in the water molecule. So when water is heated to its plasma state (to the temperature that is formed when hydrogen is burned), water molecules are destroyed without the action of electricity. Conversely, under the action of electric energy equivalent to the thermal energy of the destruction of a water molecule into water, which, for example, has a temperature near zero, water also decomposes. The methods of existing water decomposition devices mainly include an electric field formed by a water capacitor, where water plays the role of a dielectric.

Недостатком устройств является преобразование входной электроэнергии в тепловую энергию воды, которая совместно с энергией электрического поля разлагает воду, что значительно снижает КПД устройств из-за значительного потребления электроэнергии, расходуемой на единицу объема разлагаемой воды. При изоляции электродов или одного электрода электрического нагрева воды не происходит, но происходит значительное снижение энергии электрического поля. Поэтому для разложения воды требуется значительное увеличение входного напряжения. В нашем случае, в водородную ячейку 15, согласно фиг. 3, горячая вода поступает через регулируемый давление клапан 34 в полость 37, а холодная, не разложившаяся вода, - через регулируемый давление клапан 43 выходит для охлаждения замкнутого токового контура, образованного индуктивностями 10, 11 и катушками 8, 9. Водяной конденсатор образован коаксиально расположенными перфорированными отверстиями 31 и отверстиями 39 конденсаторной пластины 33, имеющей отрицательную полярность, и пластиной 38, имеющей положительную полярность. Причем пластина 38 с положительной полярностью изолирована со всех сторон диэлектриком 40. При разложении воды давление в полости 37 повышается, клапан 34 закрывается. Ионы водорода, имеющие положительную полярность, нейтрализуются на отрицательном электроде 33, и водород через отверстия 31 попадает в камеру 36, расположенную между корпусом 32 и конденсаторной пластиной 33, и через отверстие 36 по фитилю 17 попадает в камеру 20. Ионы кислорода, имеющие отрицательную полярность, отталкиваясь от отрицательного электрода 33, попадают в положительное статическое поле полости 41 и под действием созданного давления через отверстие 42 по фитилю 27 попадают в смесительную камеру 22. Клапан 43 может открываться при заданном давлении в межэлектродной полости 37 или в функции температурного режима в этой полости. При достижении в полости 37 заданной температуры клапан 43 открывается, давление в полости 37 падает, что приводит к открытию клапана 34. Цикличность работы устройства зависит от количества энергии, вводимого в ячейку 15. Ввиду того, что в водогазовой смеси происходит разделение газов от воды, создается возможность для усиления статических полей установить между отрицательным электродом 33 и корпусом 32, а также во внутренней части электрода 38 токопроводящие сетки одноименной с соседними электродами полярностью, потенциал которых по абсолютному значению превосходит потенциал соседних конденсаторных пластин. Потенциал на сетки подается после разделения газов от воды. Таким образом, ионы кислорода и водород под давлением попадают в устройство, где по водородному 17 и кислородному 27 фитилям (см. Российский патент №2517721), которые изолированы, например, термостойкой керамикой 18, 19, соответственно подают кислород в камеру 22 смешивания, а водород через накопительную камеру 20 и клапан 21 также попадает в смесительную камеру 22. Образовавшийся в смесительной камере 22 гремучий газ через отверстие 23 канала 44, отверстие 24 попадает в камеру воспламенения 26 и через концентрическое отверстие 25 образовавшаяся плазма вырывается в пространство, ускоряемая электромагнитным полем. Полость 28 может также использоваться для охлаждения, например водой.The disadvantage of this device is the conversion of input electricity into thermal energy of water, which together with the energy of the electric field decomposes water, which significantly reduces the efficiency of devices due to the significant consumption of electricity spent per unit volume of decomposed water. When the electrodes or one electrode are insulated, electric heating of the water does not occur, but a significant decrease in the energy of the electric field occurs. Therefore, for the decomposition of water requires a significant increase in input voltage. In our case, into the hydrogen cell 15, according to FIG. 3, hot water enters through the pressure-controlled valve 34 into the cavity 37, and cold, not decomposed water, through the adjustable pressure, the valve 43 exits to cool the closed current circuit formed by inductors 10, 11 and coils 8, 9. The water condenser is formed coaxially located perforated holes 31 and holes 39 of the capacitor plate 33 having a negative polarity, and a plate 38 having a positive polarity. Moreover, the plate 38 with positive polarity is insulated on all sides by the dielectric 40. When the water decomposes, the pressure in the cavity 37 rises, the valve 34 closes. Hydrogen ions having a positive polarity are neutralized at the negative electrode 33, and hydrogen through the openings 31 enters the chamber 36 located between the housing 32 and the capacitor plate 33, and through the opening 36 through the wick 17 enters the chamber 20. Oxygen ions having a negative polarity starting from the negative electrode 33, they fall into the positive static field of the cavity 41 and under the influence of the created pressure through the opening 42 through the wick 27 enter the mixing chamber 22. The valve 43 can open at a given The pressure in the cavity 37 between the electrodes or a temperature mode function in this cavity. When the desired temperature in the cavity 37 reaches the valve 43, the pressure in the cavity 37 drops, which leads to the opening of the valve 34. The cyclic operation of the device depends on the amount of energy introduced into the cell 15. Due to the separation of gases from water in the gas-gas mixture, it is possible to strengthen the static fields between the negative electrode 33 and the housing 32, as well as in the inner part of the electrode 38, conductive grids of the same polarity with neighboring electrodes, the potential of which is absolutely have potential value surpasses adjacent capacitor plates. The potential for the grid is supplied after the separation of gases from water. Thus, oxygen ions and hydrogen under pressure get into the device, where hydrogen wicks 17 and oxygen 27 wicks (see Russian patent No. 2517721), which are isolated, for example, by heat-resistant ceramics 18, 19, respectively supply oxygen to the mixing chamber 22, and hydrogen through the storage chamber 20 and the valve 21 also enters the mixing chamber 22. The explosive gas formed in the mixing chamber 22 through the hole 23 of the channel 44, the hole 24 enters the ignition chamber 26 and the plasma formed through the concentric hole 25 out in space, the accelerating electromagnetic field. Cavity 28 may also be used for cooling, for example with water.

Работа устройства заключается в том, что при подаче на устройство напряжения образуется суммарное магнитное поле с горизонтальным направлением суммарного вектора напряженности и электрическое поле, вектор напряженности которого направлен перпендикулярно оси излучения, т.е. в сторону конденсаторной пластины меньшего диаметра. Излучаемый электромагнитный поток ускоряет выбрасываемую из устройства плазму, и суммарная энергия плазмы и электромагнитная линейно излучается в пространство. Для увеличения излучаемой энергии плазма может проходить через обмотки магнитопровода второго трансформатора, выполненного согласно вышеизложенному. При этом нагрузкой такого трансформатора вместо короткозамкнутого витка служит плазма. При сдвинутом входном напряжении второго трансформатора по фазе, например, на 120 градусов по отношению к первому приводит к фазовому сдвигу их эллипсоидов, что в конечном итоге приводит к плазменному линейному короткому замыканию и, как следствие, увеличению тепловой энергии излучаемой плазмы.The operation of the device consists in the fact that when a voltage is applied to the device, a total magnetic field is formed with the horizontal direction of the total intensity vector and an electric field whose intensity vector is directed perpendicular to the radiation axis, i.e. towards the condenser plate of a smaller diameter. The radiated electromagnetic flux accelerates the plasma ejected from the device, and the total plasma and electromagnetic energy are linearly radiated into space. To increase the radiated energy, the plasma can pass through the windings of the magnetic circuit of the second transformer, made according to the above. In this case, the plasma serves as the load of such a transformer instead of a short-circuited loop. When the input voltage of the second transformer is shifted, for example, by 120 degrees with respect to the first, it leads to a phase shift of their ellipsoids, which ultimately leads to a plasma linear short circuit and, as a result, an increase in the thermal energy of the emitted plasma.

Изобретение может использоваться для раскроя металла значительных толщин, а также для срезания под корень растущих строительных деревьев с последующим их раскроем по заданному размеру.The invention can be used for cutting metal of significant thicknesses, as well as for cutting to the root of growing building trees with their subsequent cutting to a given size.

Claims

1. A method of increasing the efficiency of a plasma emitter, including the formation of plasma using the energy of a capacitive chamber passing into the discharge chamber, the electric field strength of which exceeds the breakdown voltage of the air supplied from the air chamber to the discharge chamber, after which the plasma is accelerated by an electromagnetic field, which is the sum of the electric field and magnetic fields, while the magnetic field is formed by at least one pair of inductances with a constant value of the Poiting vector directed to a radiation axis, characterized in that the electric field of the discharge chamber exceeds the breakdown voltage of detonating gas supplied from the mixing chamber to the discharge, and the magnetic field is the sum of several magnetic fields that are formed by the magnetic circuit, wires of its windings and two inductors connected in parallel, firstly, a pair of inductances is electrically connected in series with the secondary winding and the feedback winding of the transformer, and secondly, these windings have the form a hollow spiral, inside which cooling water is pumped, and hot outlet water from the windings enters the inlet of the water decomposition device, at the outlet of which the formed gases enter the discharge chamber through the mixing chamber.

2. The method according to p. 1, characterized in that the feedback winding of the transformer is connected in parallel to the secondary winding of the transformer.