СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ПЛАЗМЕННОВОДОРОДНОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ
METHOD OF INCREASING EFFICIENCY OF PLASMA-HYDROGEN RADIATOR OPERATION

Изобретение относится к области плазменно-электромагнитного воздействия на различные виды материальной среды, расположенной как на близком, так и значительном расстояниях от излучателя.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Изобретение может использоваться для раскроя металла значительных толщин, а также для срезания под корень растущих строительных деревьев с последующим их раскроем по заданному размеру.