Энергетические МГД-установки со сверхкритическим электропроводным рабочим телом

Абстрактный

Группа изобретений относится к области электротехники и может быть использована в электросиловых установках, осуществляющих преобразование тепловой энергии в электрическую. Технический результат заключается в создании способа и устройства магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрическую замкнутого цикла, характеризующегося простотой и компактностью конструктивного исполнения и энергетической эффективностью. Технические результаты, полученные в способе магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрическую замкнутого цикла, включая создание потока рабочего тела, пропускание потока рабочего тела через поле, создающее магнитную систему магнитогидродинамического (МГД) генератора, и через электроды, находящиеся в поле генератора МГД для снятия электрической мощности, поток рабочего тела создаётся в замкнутом контуре с обеспечением его циркуляции или акустических колебаний, в качестве рабочего тела, обеспечивающего растворение щелочного металла в аммиаке или амине, что приводит к состоянию сверхкритической жидкости. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

RU2806344C1

События приложения RU2022133967A

2022-12-22

2023-10-31

Заявка удовлетворена

Описание

Группа изобретений относится к производству электрической энергии и может быть использована в электросиловых установках, осуществляющих преобразование тепловой энергии в электрическую.

Известен аналог – Способ безмашинного преобразования тепловой энергии в электрическую – заявка на изобретение РФ №2007137801 от 20.04.2009, который составляет в том, что в качестве рабочего тела используется инертный газ – аргон, осуществляющий его циркуляцию через реактор на быстрых нейтронах и магнитногидродинамический (МГД). ) генератор, где индукционным способом с бегущим магнитным полем получают переменный ток напряжением 50 Гц, питающей сеть, далее работающие тела Ар охлаждают в теплофикационном охладителе подогревателя и с помощью МГДН-насосов возвращают снова в реактор. В рабочем состоянии тела человека по циклу Брайтона и МГД-генератора, в качестве его составной части, используется ионизированный в активном режиме строительство реактора инертного газа. Достижимым аналогом является то, что возможность применения действует только в ядерных установках, что ограничивает его область применения и сдерживает реализацию.

Известен наиболее близкий аналоговый путь – способ магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрическую замкнутого цикла – RU2226737, 29.03.2002, реализованный в качестве прототипа пути, включающий разгонный поток инертного газа, создание в потоке перед входом в канал МГД-генератора с помощью импульсных пучков электронов высокой мощности. энергии периодически по времени электропроводных слоев, перемещение и самоподдержание энергии электропроводных слоев в канале МГД-генератора за счет потока энергии, снятие полезной энергии, различающегося темного слоя, что для создания электропроводных плазменных слоев, находящихся в состоянии "замороженной ионизации", использовать электронные пучки только для Предварительная ионизация, окончательная ионизация осуществляется с помощью импульсного сильноточного разряда, в результате чего источники повышают устойчивость электронов в предварительно ионизованном электропроводном приложении.

Известен аналогичный аналог устройства – устройство магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрическую замкнутого цикла – RU2226737, 29.03.2002, принятое в качестве прототипа устройства первого партнера, содержащее МГД-генератор с проходящим через него каналом для протекания газа, генератор пучков электронов через поток газа в видео ускоритель для ионизации газа, средство для перемещения и самоподдержания потока газа, средство для отключения полезной энергии.

Известен аналогичный аналог устройства – устройство преобразования тепловой энергии в электрическую – RU166131, 20.06.2015, принятое в качестве прототипа второго устройства, содержащего акустический резонатор цилиндрической формы, внутри которого размещены регенератор и переход к его торцам теплообменники подвода и отвода и вспомогательный теплообменник, Данные измерения длинное отверстие для пульсационной трубки, расположенной коаксиально внутри корпуса акустического резонатора, оптико-прозрачную часть и концентратор лучистой энергии, нагрузку, преобразующую акустическую энергию в электрическую. В устройстве применяется термоакустический цикл Стирлинга, где механические колебания рабочего преобразуются в электрические с помощью тела линейного генератора.

Первым недостатком прототипов пути и первого устройства является невысокий общий процесс КПД, так как энергия расходуется на поддержание ионизации. Вторым недостатком прототипов является сложная техническая реализация, так как требуется применение ускорителя электронов и высоковольтного источника питания, что ограничивает его область применения и сдерживает внедрение. Третьим недостатком прототипов является отсутствие эффективных средств его реализации на части проведения этапов сжатия газа для возврата в цикл. Использование МГД-компрессора для этого не подходит по той причине, что ионизация не сохраняет показание времени.

Основным вариантом второго устройства является низкий КПД, так как в нем имеются детали механического привода.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в создании способа и устройства магнитогидродинамического преобразования солнечной энергии в электрическую замкнутого цикла, характеризующегося простотой и компактностью конструктивного исполнения, и энергетической эффективностью.

Технические результаты в способе магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрическую замкнутого цикла, включающее создание потока рабочего тела, пропускание потока рабочего тела через поле, создающее магнитную систему магнитогидродинамического (МГД) генератора и через электроды, находящиеся в поле генератора МГД для преобразования электрической энергии, потока Рабочее тело создается в замкнутом контуре с обеспечением его циркуляции или акустических колебаний, в качестве рабочего тела, представляющего раствор щелочного металла в аммиаке или амине, что приводит к состоянию сверхкритической жидкости.

Технические результаты в первом варианте магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрическую замкнутого цикла, содержащем рабочее тело, нагреватель, устройство, средство для создания потока рабочего тела, магнитный магнитогидродинамический (МГД) генератор и электроды, расположенные в поле МГД генератора для отключения электрической мощности , имеется замкнутый контур циркуляции для циркуляции потока рабочего тела, состоит из каналов, канал МГД-генератора является дискым, вход дискового канала МГД-генератора соединён с нагревателем, выход - с холодильником, между холодильником и нагревателем, индукционный конденсатор, обеспечение циркуляции рабочего тела , канал индукционного компрессора выполнен так, что его площадь отходит от входа к выходу, при этом входной канал МГД-генератора расположен коаксиально каналу компрессора, а вышеописанные части устройства размещены в корпусе, выдерживая давление рабочего тела, в виде течения, В результате тело является сверхкритической жидкостью – раствором щелочного металла в аммиаке или амине.

Технические результаты во втором варианте устройства магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрическую замкнутую цепь, содержащую рабочее тело, нагреватель, регенератор, холодильник, магнитную систему магнитогидродинамического (МГД) генератора и электроды, расположенные в поле генератора МГД для снятия напряжения, включенного контура циркуляции. для циркуляции акустических колебаний рабочего тела, канал МГД-генератора соединён со стороной с одним нагревателем, а с другой стороны через резонатор с холодильником и регенератором, размещённым между холодильником и нагревателем, при этом площадь сечения канала МГД-генератора меньше, чем площадь сечения канала в В остальном контуре канал от МГД-генератора к нагревателю расположен коаксиально каналу резонатора, а все вышеописанные части устройства размещены в корпусе, выдерживая давление рабочего тела, в виде подачи, подает форму тела, следовательно, тело является сверхкритической жидкостью - раствором щелочного металла в аммиаке. или амин.

В качестве средства для создания потока рабочего тела в первом варианте устройства может быть использован центробежный МГД-компрессор.

Выходной канал дискового МГД-генератора может быть соединен с конденсатором через регенеративный теплообменник, передний сжимающий часть теплоты рабочего тела компрессора.

Канал полости-резонатора между холодильником и МГД-генератором во втором варианте устройства может быть выполнен в виде однозаходной или многозаходной спирали, расположенной коаксиально с каналом, соединяющим МГД-генератор и нагреватель.

Второй вариант устройства может содержать несколько модулей, размещённых в общем корпусе, состоящих из нагревателя, регенератора и холодильника, последовательно объединённого общего канала, при этом первый нагреватель и включить модули соединённый холодильник со следующим модулем, последний модуль нагревателя соединён с первым нагревателем через канал МГД. -генератора.

На фиг.1 изображен первый вариант устройства магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрическую замкнутого цикла.

На фиг.2 изображен вариант второго устройства магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрическую замкнутого цикла.

На рис.3 изображено сечение А-А (см. рис.2) второго устройства магнитогидродинамического преобразования солнечной энергии в электрическую замкнутого цикла с использованием генератора МГД и электродов.

На рис.4 показано сечение В-В (см. рис.2) второго устройства магнитогидродинамического преобразования солнечной энергии в электрическую замкнутого цикла в целях включения прибора.

На рис.5 показано второе исполнение первого устройства магнитогидродинамического преобразования солнечной энергии в электрическую замкнутого цикла.

На рис.6 показано третье исполнение первого устройства магнитогидродинамического преобразования солнечной энергии в электрическую замкнутого цикла.

На рис.7 показано второе исполнение второго варианта устройства магнитогидродинамического преобразования солнечной энергии в электрическую замкнутого цикла.

На фиг.8 изображено третье исполнение второго варианта устройства магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрическую замкнутого цикла, включающее несколько контуров термоакустического двигателя.

На рис.9 изображено сечение Г-Г (см. рис.8) третьего варианта устройства второго устройства магнитогидродинамического преобразования солнечной энергии в электрическую замкнутого цикла с использованием МГД-генератора и электродов.

На рис.10 изображение сечения Д-Д (с рис.8) третьего варианта устройства магнитогидродинамического преобразования солнечной энергии в электрическую замкнутого цикла с возможностью размещения нагревателей.

Первый вариант устройства магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрическую замкнутого цикла, изображенный на рис.1, содержит рабочее тело 1, нагреватель 2, холодильник 3, средство 4 для создания рабочего потока тела 1, магнитную систему 5 магнитогидродинамического (МГД) генератора и электроды 6, расположенные в поле МГД генератора 5 для снятия электрического напряжения, имеется замкнутый контур циркуляции 7 для циркуляции потока рабочего тела 1, состоит из каналов, канал 8 МГД-генератора является дисковым, вход дискового канала 8 МГД-генератора соединён с нагревателем 2, выход - с конденсатором 3, между конденсатором 3 и нагревателем 2 расположен индукционный компрессор 4, обеспечивающий циркуляцию рабочего тела 1, канал индукционного компрессора 4 выполнен так, что его площадь вывода от входа к выходу, при этом входной канал МГД-генератора 8 расположен коаксиально каналу компрессора 4 , а вышеописанные части, размещенные в корпусе 9, выдерживающем давление рабочего тела 1, в видеопоследовательности, включают форму тела переменного устройства, состояние тела 1 является сверхкритической жидкостью - раствором щелочного металла в аммиаке или амине.

Второй вариант устройства магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрически замкнутого цикла, изображенный на рис.2, содержит рабочий корпус 1, нагреватель 10, регенератор 11, холодильник 12, магнитную 13 Система магнитогидродинамического (МГД) генератора и электроды 14, изображенные на рис. 3, расположенные в поле МГД-генератора 13 для отключения электрической стороны, имеется замкнутый контур циркуляции 15 для циркуляции акустических колебаний рабочего тела 1, канал МГД-генератора 13 соединён с одной с нагревателем 10, а с другой стороны через резонатор 16 с конденсатором 12 и регенератором 11, размещённым между холодильником 12 и нагревателем 10, при этом площадь сечения канала 17 МГД-генератора меньше, чем площадь сечения канала в остальном контуре, а канал 18 от МГД-генератора 13 к нагревателю 10 расположен коаксиально каналу резонатора 16, а все вышеописанные часть устройства размещена в корпусе 19, выдерживая давление рабочего тела 1, в виде изменения, изменяя форму тела, случайное тело 1 представляет собой сверхкритическую жидкость - раствор щелочного металла в аммиаке или амине.

В качестве средства 4 для создания рабочего потока тела 1 в первом варианте устройства может быть использован центробежный МГД-компрессор 20, как показано на фиг.5.

Выходной канал дискового МГД-генератора 8 может быть соединён с холодильником через регенеративный теплообменник 21, передающий сжатому компрессору рабочую часть теплоты, как показано на рис.6.

Канал полости-резонатора 16 между холодильником и МГД-генератором во втором варианте устройства может быть выполнен в виде однозаходной или многозаходной спирали 22, расположенной коаксиально с каналом, соединяющим МГД-генератор и нагреватель, как показано на рис.7.

Второй вариант устройства может поддерживать несколько модулей, размещённых в общем корпусе 23, как показано на фиг.8, состоящих из нагревателя 24, регенератора 25 и холодильника 26, последовательно объединённых общим каналом, при этом первый нагреватель и добавлять модули соединённые с термомодулем, нагреватель последнего модуля соединён с первым холодильником через канал МГД-генератора 27. На рис.9 изображены электроды генератора 28.

Реализация устройства магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии рассматривается в электрическом замкнутом цикле. Замкнутый контур для циркуляции потока и внутренние поверхности корпусов 9, 19 изготовлены из жаропрочной стали. Нагреватель 2, 10 выполнен в виде газовой горелки, направленной на стенку корпуса в сторону расположения теплообменника. Электроды 6, 14, 29 изготовлены в виде металлических пластин, подключенных к электрическим проводам, пластины закреплены через диэлектрик к стенкам контура. Магнитная система 5, 13, 27 магнитогидродинамического (МГД) генератора, выполненного в виде электромагнита, состоящего из двух обмоток, размещённых с двух сторон от канала дискового МГД-генератора, каждый из которых выполнен на постоянных магнитах, создающих магнитное поле опорного канала МГД-генератора. Индукционный компрессор 4 представляет собой из себя магнитогидродинамический насос (МГД-насос), создающий поток электропроводящей среды – рабочего тела 1 с помощью электромагнитной силы, которая возникает от взаимодействия магнитного поля индуктора с полем постоянного тока, индуктируемого в протекании через насос рабочего тела. Центробежный МГД-компрессор представляет собой центробежный магнитогидродинамический насос (МГД-насос), создающий поток электропроводящей среды – тела с центробежной силой, которая возникает от вращательного движения рабочего тела в канале насоса, который вызывает взаимодействие магнитных полей в канале насоса с полем напряжения. тока, протекающего в промежутке через насос рабочего тела. Холодильник 3, 12, 26 выполнен в виде направления вдоль потока и радиально по поперечному сечению сосуда ребера, как показано на фиг.4. Ребра имеет большую площадь, чем остальные контактные поверхности контура. Благодаря этому осуществляется теплосъём с потоком и вырабатывает тепло в сосуде. Нагреватель выполнен в виде холодильника таким образом, что обеспечивает подвод тепла к рабочему телу. Регенератор 11 представляет собой камеру, заполненную проволокой либо пластинами, с зазором между ними, он служит регенератором двигателя Стирлинга, удерживая тепло в теплой части контура, в то время как работающий корпус 1 охлаждается.

В качестве тяжелого рабочего тела 1 применен сверхкритическая жидкость – раствор щелочного металла натрия (Na) в аммиаке, обладающий одновременно высокой электропроводностью и сжимаемостью, при температуре и охлаждении выше критического.

Магнитная система МГД-генератора и индукционный компрессор могут располагаться как в корпусе 9, 19, так и вне него. Электроды 6, 14, 28 выполняются внутри канала, чтобы снять ЭДС, возникающую в рабочем теле 1 при движении в магнитном поле.

Дисковый канал МГД-генератора является известным источником. Он описывает, например, в источниках: «Теплофизика высоких температур», 1995, том 33, выпуск 4, страницы 641–648, «Прикладная механика и техническая физика», 2013, т.54, №5, страница 81.

Пример реализации выхода магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрическую замкнутую цепь в первом варианте устройства. Рабочее тело 1 нагревают в нагревателе 2 (рис.1), оно расширяется в сопле на входе в дисковый канал 8 МГД-генератора, где часть его кинетической энергии при движении в магнитном поле преобразуется в ЭДС, снимаемую электродами 6. Далее работает тело 1. в холодильнике 3, где отдается теплоту. После его сжимают в индуктивном компрессоре 4, в котором магнитная система чего-то быстрого бегущего магнитного поля, затрачивает часть выработанной МГД-генератором электроэнергии. После этой работы тело 1 возвращается в нагреватель 2 и цикл повторяется. Исполнение устройства с центробежным МГД-компрессором позволяет использовать для питания компрессора постоянного рабочего тока, вырабатываемого МГД-генератором, без предварительного преобразования его в переменный ток. Комплектация устройства центробежным МГД-компрессором и регенеративным теплообменником позволяет поднять общее КПД устройства.

Пример реализации выхода магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрическую замкнутую цепь во втором варианте устройства. В части устройства, состоящей из нагревателя 10, регенератора 11 и холодильника 12 (рис.2), представляющего из себя термоакустический двигатель Стирлинга, путем подвода тепла к рабочему телу 1 в нагреватель 10 и отвода тепла от рабочего тела в холодильнике 12, возбуждают акустические колебания. . Акустические колебания по центральному каналу 18 передаются в МГД-генератор 13, возникают в сужающейся части канала 17, где часть их кинетической энергии при движении в магнитном поле преобразуется в ЭДС переменного тока, снимаемую электродами 14. Так как выходной канал МГД-генератора 13 соединён через резонатор 16 с холодильником 12, то акустический тракт образует замкнутый контур, и энергия в виде акустических волн циркулирует по контуру. Исполнение устройства со спиральной перегородкой 22, размещённой в резонаторе 16, как показано на рис.7, позволяет сократить габариты устройства за счёт удлинения канала акустического тракта при той же рабочей частоте. Исполнение устройства с несколькими модулями нагревателя, регенератора и холодильника, объединенных общим акустическим трактом, позволяет уменьшить габариты устройства за счет удлинения канала акустического тракта при той же рабочей частоте.

Описанные варианты устройства герметичны, то есть подвод и отвод тепла осуществляются либо через стенку корпуса, либо теплоносителем через штуцеры. Однако при использовании этого способа преобразования энергии в ядерных установках, например, для жилых устройств, возможна непосредственная передача тепла работающему телу от обеспечения питания при совмещении данных устройств и обеспечении реактора в общем корпусе.

В первом и втором вариантах устройства для реализации обеспечивают путь, протекающие нежелательные изменения натрия с аммиаком с образованием амида натрия и выделениями Великобритании (2Na+2NH ₃ → 2NaNH ₂ +H ₂ ), и одновременно, образования образовавшегося амида натрия (6NaNH ₂ → 6Na + 4NH ₃ + N ₂ ) с выделением азота. Поэтому в устройствах применяется периодический отвод образующихся газообразных продуктов через штуцера (на рис. не показаны), установленные в корпусе. В случае применения устройства в качестве настройки периодического действия для данного показателя откачку газовой фазы после охлаждения рабочего тела 1 до докритического состояния, с последующим восполнением общего объема рабочего тела 1 жидким аммиаком.

Использование указанного рабочего тела обеспечивает простоту технической реализации, поскольку нижняя температура режима составляет 150°С, давление 100 кг/см ² . Такие условия возможно реализовать в описанных примерах устройств для реализации предлагаемого способа. При этом не требуется создание высокотемпературной генерации в канале МГД-генератора, вызывающей эрозию материалов конструкции, не требуется применение крепления реактора. А также нет необходимости использовать движущиеся детали в поставляемых устройствах и устройствах. Поэтому предлагаемые устройства позволяют реализовать предлагаемый способ, характеризующийся простотой и компактностью конструктивного исполнения, а также энергетической эффективностью.