МАГНИТНЫЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Полезная модель относится к области тепловой электроэнергетики, конкретно к магнитным генераторам электрического тока.
Известен генератор электрического тока кондукционного типа [1], основанный на сжигании и тепловой ионизации рабочего вещества в турбореактивных камерах сгорания, ускорении ионизированных дымовых газов в сопле Ловаля и разделении в нем хаотической смеси электрических зарядов дымовых газов в отдельные потоки разноименно заряженных частиц электрического тока на основе эффекта Холла.
Недостатком известного генератора является трудность его применения на существующих тепловых электростанциях (ТЭС) для переработки остаточной (более 60% [2-4]) тепловой энергии сжигаемого топлива, выбрасываемой ТЭС в виде дымовых газов.
Это связано с низкой скоростью истечения дымовых газов ТЭС, недостаточной для получения электрической энергии на основе эффекта Холла.
Вместе с тем, желательно использовать хотя бы часть тепловой энергию дымовых газов ТЭС для дополнительного получения электрической энергии в интересах повышения общего КПД преобразования химической энергии горючего вещества в электрическую энергию с одновременным уменьшением тепловых выбросов в атмосферу.
Задачей полезной модели является разработка простого по конструкции магнитного генератора электрического тока для переработки энергии тепловых газов в электрическую энергию с использованием остаточной тепловой энергии дымовых газов для дополнительного получения электрической энергии в ТЭС.
Техническим результатом, обеспечивающим решение поставленной задачи, является упрощение производства электричества.
Сущность полезной модели.
Согласно полезной модели магнитный генератор электрического тока содержит трехмерную раму в форме прямоугольного параллепипеда с герметичным сборно-разборным кожухом. Кожух содержит съемные боковые и торцевые панели. На передней торцевой панели кожуха установлен входной патрубок для приема тепловых газов, на другой противоположной торцевой панели - выходной патрубок для соединения с дымовой трубой. На одной из боковых съемных панелей кожуха установлен электрический разъем для вывода электричества из магнитного генератора. Внутри рамы магнитного генератора на выдвижных салазках установлено не менее одного магнитного преобразователя тепловой энергии газов в электрическую энергию. Каждый магнитный преобразователь содержит трубу с прямоугольным сечением из тугоплавкого диэлектрического материала, например из керамики и/или фарфора. Внутри трубы с двух противоположных сторон по ходу движения отработанных газов установлены токосъемные пластины из немагнитного материала, например из меди, алюминия или нержавеющей стали. Токосъемные пластины снабжены электрическими контактами, соединенными с соответствующими по заряду электрическими контактами электрического разъема (контактной коробки) магнитного генератора. С внешней стороны трубы каждого преобразователя перпендикулярно каждой паре токосъемных пластин установлены постоянные магниты на подложках из пермаллоя или из трансформаторного железа. Суммарная площадь проходных сечений труб магнитных преобразователей выполнена не менее площади поперечного сечения входного патрубка магнитного генератора.
Такая конструкция магнитного генератора позволяет обеспечить переработку энергии тепловых газов в электрическую энергию на основе эффекта Лоренца [5] в трубах магнитных преобразователей. Для этого вначале производится пространственное разделение потока движущихся дымовых газов по отдельным трубам с общей площадью поперечного сечения не меньшей площади поперечного сечения патрубков подвода и вывода дымовых газов, а затем - магнитное разделение электрических зарядов в них. Это позволяет в предлагаемой конструкции решить одновременно две технические задачи. Первая задача - это уменьшение сопротивления магнитного генератора потоку дымовых газов. Вторая задача - увеличение коэффициента перехвата электрических зарядов, движущихся в магнитном поле преобразователей, за счет увеличенной напряженности магнитного поля в малогабаритных трубах преобразователей из-за малого расстояния между магнитами. Установка магнитных преобразователей на выдвижных салазках в раме генератора, а также выполнение его кожуха съемно-разъемным дополнительно позволяет дополнительно улучшить ремонтопригодность генератора, проводить профилактическую чистку его труб от дымовых отложений.
Предложенная конструкция магнитного генератора по сравнению с известными тепловыми генераторами электрического тока является более простой в производстве и в использовании. За счет этого упрощается производство электричества и снижается его стоимость.
На фиг. 1 представлен общий вид магнитного генератора электрического тока, на фиг. 2 - поперечный разрез магнитного генератора по линии А-А. на фиг. 3 - рисунок поясняющий конструкцию магнитного преобразователя.
Магнитный генератор электрического тока содержит трехмерную раму 1 в форме прямоугольного параллепипеда с герметичным сборно-разборным кожухом 2. Кожух 2 содержит съемные боковые 3 и торцевые 4 и 5 панели. На передней торцевой панели 4 кожуха 2 установлен входной патрубок 6 для приема тепловых газов, на другой противоположной - торцевой панели 5 - выходной патрубок 7 для соединения с дымовой трубой (на фигурах не показано). На боковой съемной панели 3 кожуха 2 установлен электрический разъем (распределительная контактная колодка) 8 для вывода электричества из магнитного генератора с помощью кабеля 9. Внутри рамы 1 магнитного генератора на выдвижных салазках 10 установлено не менее одного магнитного преобразователя 11 тепловой энергии газов в электрическую энергию. Каждый магнитный преобразователь 11 содержит трубу 12 с прямоугольным сечением из тугоплавкого диэлектрического материала, например из керамики и/или фарфора. Внутри трубы 12 с двух противоположных сторон по ходу движения отработанных газов установлены токосъемные пластины 13 и 14 из немагнитного материала, например из меди, алюминия или нержавеющей стали. Токосъемные пластины 13 и 14 снабжены электрическими контактами 15 и 16, соединенными с соответствующими по заряду электрическими контактами электрического щитового разъема (распределительной коробки) 8 магнитного генератора. С внешней стороны трубы 12 каждого преобразователя перпендикулярно каждой паре токосъемных пластин 13 и 14 установлены (встречно разноименными полюсами) постоянные магниты 17 и 18 на подложках 19 из пермаллоя или из трансформаторного железа. Для уменьшения аэродинамического сопротивления магнитного генератора электрического тока входным газам суммарная площадь проходных сечений труб 12 магнитных преобразователей 11 выполнена не менее площади поперечного сечения входного 6 патрубка магнитного генератора.
Магнитный генератор электрического тока работает следующим образом.
8
-3
т
л
л
л
е
е
Перед началом работы магнитный генератор электрического тока патрубками 6 и 7 и соответствующими газовыми трубами подключают в разрыв дымохода топочного устройства, например котельной ТЭС. При работе топочного устройства ТЭС [4] вырабатывается ионизированный поток дымовых газов с температурой не ниже 1000°C, при которой плотность n электрических зарядов (электронов, положительных и отрицательных ионов) в дымовых газах может составлять n≥10 см. Под действием силы тяги F дымовой трубы или вытяжного вентилятора -дымососа котельной ТЭС поток смеси разнотипных по знаку заряженных частиц поступает через патрубок 6 в переднюю часть полости герметичного кожуха 2 со скоростью V. Далее поток заряженных частиц автоматически разделяется на множество потоков и проникает через трубы 12 магнитных преобразователей 11 в поперечное магнитное поле H магнитов 17 и 18. Проходя между магнитами 17 и 18 отрицательные заряды (электроны и отрицательные ионы) этих газов под действием силы Лоренца F оседают и удерживаются на металлической пластине 13, а положительные ионы - на пластине 14. При этом между разноименно заряженными пластинами 13 и 14 конденсатора образуется первичное электричество с разностью потенциалов U=U(n,V,H,ε), где n, V, H, ε - плотность заряженных частиц, скорость движения дымовых газов, напряженность магнитного поля между магнитами 17 и 18 и диэлектрическая проницаемость дымовых газов соответственно. Полученное электричество через контакты 15 и 16 от каждого преобразователя 11 передается на распределительную коробку 8. В коробке 8 производится электромеханическая коммутация и суммирование первичного электричества преобразователей 11 по току или напряжению соответственно путем параллельного последовательного соединения их выходных контактов 15 и 16. Далее выходное первичное электричество магнитного генератора с энергией электрического поля  через кабель 9 передается потребителю электричества, например на распределительную станцию ТЭС. Отработанные и частично охлажденные (в данном случае за счет отбора первичного электричества) до оптимальной [4] температуры T=600…800°C дымовые газы передаются на тепловой энергоблок ТЭС для получения пара и вращения электрогенератора, установленного на валу паровой турбины (на фигурах не показано). Полученное вторичное электричество суммируется далее с первичным электричеством на распределительной станции ТЭС.
Согласно /5/ численное значение электрической энергии  первичного электричества, полученное на основе прямого магнитного преобразования тепловой энергии тепловых газов в магнитном генераторе электрической энергии при параллельном соединении выходных электрических контактов 15 и 16 преобразователей 11 в первом приближении определится из условия
где:
N - количество преобразователей 10 в магнитном генераторе;
Q - удельное количество первичного электричества, создаваемое на пластинах 14 и 15 преобразователя 10 в единицу времени (кулон/сек);
-3
n - плотность электрических зарядов в тепловых газах, см;
3
ΔV - скорость переработки тепловых газов в преобразователе 10, см/с;
-19
e - заряд электрона, 1.6·10 кулон;
C - емкость конденсатора, образованного пластинами 14 и 15;
2
ε - относительная диэлектрическая проницаемость дымовой (80% - CO) среды;
0
ε - электрическая постоянная вакуума;
м
S- площадь пластин 14 (15);
м
d - расстояние между разноименно заряженными пластинами 13 и 14 преобразователя 11.
Расчеты по формулам (1) показывают, что абсолютное значение выходной электрической энергии  магнитного генератора электрического тока и требуемое количество преобразователей 11 существенно зависит от размеров поперечного сечения дымоходов ТЭС и температуры дымовых газов. Так для стандартной ТЭС мощностью 100 МВт-час дополнительное электричество за счет магнитной переработки ее дымовых газов, найденное из формул (1), может составлять около 50 МВт-час. Для этого при дымоходах ТЭС диаметром от 4 до 10 метров магнитный генератора должен иметь габариты соизмеримые с габаритами дымососов ТЭС.Для указанной магнитного генератора длинна его может составлять до 9 м, площадь поперечного сечения 20×20 м, а количество магнитных преобразователей 11 - до сотен единиц.
3
19
21
-3
3
2
e
Увеличение температуры тепловых газов выше 6000°C, сравнимой с температурой поверхности Солнца, например при использовании плазменных горелок типа «Горыныч», резко сокращает (до единиц дм) габариты магнитного генератора и количество N требуемых преобразователей 11 до единиц штук. Это можно объяснить тем, что при такой температуре как и на Солнце происходит полная ионизация не только дымовых CO - газов, но и сопутствующего атмосферного воздуха в дымовых газах с плотностью частиц n=10÷10 см [6-7]. Подставляя эти значения в формулу 1, находим, что даже при КПД=0,0001 выходная энергия  преобразователя 11 с объемом камеры единицы см составляет десятки кВт-час ÷ сотни кВт-час
Предложенный магнитный генератор электрического тока позволяет не только упростить производство электричества по сравнению с известными тепловыми генераторами электричества, но и получить существенную прибавку в энергии существующих ТЭС за счет углубленной переработки топлива (без использования дополнительных его объемов).
Полезная модель разработана на уровне технического предложения и предварительных расчетов эффективности ее использования.
Источники, принятые во внимание при составлении описания: 1. RU 2013106579, МПК: F02K 9/00, 20.08.2014
2. БАЖЕНОВ М.И. и др. Промышленные тепловые электростанции. - М.: Энергия, 1979, с. 184-187, с. 66.
3. Справочник по проектированию электроснабжения. Под общей редакцией Ю.Н. Тищенко, Н.С. Мовсесова, Ю.Г. Барыбина. М:, Энергоатомиздат.1990. 571 с.
4. Стырикович М.А. и др. Котельные агрегаты. М. - Л. Государственное энергетическое издательство. 1958. 487 с.
5. Яворский Б.М. и Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов ВУЗОВ. М:. «Наука», 1965, 647 с.
6. Енохович А.С. Краткий справочник по физике. М:, «Высшая школа». 1969, 192 с.
7. Плазмохимические реакции и процессы, под ред. Л.С. Полака, М., «Наука» 1977, 320 с.