[其他]能量轉(zhuǎn)換設(shè)備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 86101731
• 申請日: 1986-03-17
• 公開（公告）號: CN86101731A
• 公開（公告）日: 1987-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杰弗里·馬丁·斯彭斯
• 申請（專利權(quán)）人: 能源轉(zhuǎn)換信托公司
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00;H05H13/00
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 葉凱東,杜有文

本發(fā)明涉及一種利用帶電粒子作為能量載體和在兩個或多個電極間產(chǎn)生電位差的方法及設(shè)備。

通常電能的產(chǎn)生是通過燃燒礦物燃料并將所釋放的能量轉(zhuǎn)換成驅(qū)動發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。這種方法僅在大規(guī)模生產(chǎn)條件下才比較經(jīng)濟(jì)，缺點(diǎn)是能量轉(zhuǎn)換效率不高，要利用自然資源，并且產(chǎn)生可能導(dǎo)致環(huán)境嚴(yán)重污染的廢料，另一缺點(diǎn)是不能把電能直接輸送到機(jī)動車輛或船只上。

本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)換方法對健康和環(huán)境無害，并且直接通過單級過程便可產(chǎn)生電能而無廢料，能量轉(zhuǎn)換總效率和能量對重量之比都高，因此非常適用于大多數(shù)固定的和可移動的場合。

利用電子與磁場的作用而做有用功的一種著名裝置稱為“電子迴旋（感應(yīng)）加速器”，它包括一個位于形狀特殊的電磁鐵磁極之間的圓環(huán)形真空室。通過熱電離產(chǎn)生的電子攜帶大約50千電子伏特的初始靜電能量被注入該真空室。當(dāng)磁場在其正半周期建立時便在環(huán)形空間產(chǎn)生電動勢，使電子加速并在磁場的互相作用下使電子沿拱形軌道運(yùn)動。電子迴旋加速器與本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的主要區(qū)別在于前者的磁場必須在極短的時間內(nèi)增大上去以使電子獲得足夠的加速度，而后者的磁場基本上是不變的，并且電子向內(nèi)降落，放出本身的動能并將電荷賦予中心電極。

本發(fā)明旨在提出一種可移動的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。它含有一個永久磁鐵或者還附帶一個磁輻射的激勵源，其作用是將注入“真空”室（發(fā)電機(jī)的一部分）或在該室內(nèi)產(chǎn)生的帶電粒子所獲得的初始電子能量加以放大，這部分增大的能量可從粒子落附的靶電極上獲取。

相應(yīng)地，本發(fā)明提出一種如所附的權(quán)利要求中所要求的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。

雖然本發(fā)明不受任何特定的操作原理的限制，但它基于這樣的事實(shí)：在帶電粒子被迫在強(qiáng)度為H的磁場中移動徑向距離d（不論其實(shí)際軌跡如何）時，對粒子做的功等于H·d。對于一個攜帶電荷e和以速度V移動距離d的電子而言，作用于其上的總力等于向心力ΣH·e·V減去從相反方向施于電子的離心力ΣmV²γ^-1。使中心電極的半徑適當(dāng)大于平衡軌道，可將離心力減到最小，而將向心力提到最大，從而為使電荷移動到電極所做的功達(dá)到最大。

本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備（以下簡稱換能設(shè)備）所應(yīng)用的方法系以帶電粒子，如電子和/或離子作為電荷源。在一個低壓容器內(nèi)裝設(shè)兩個或多個電極。磁場按下面的說明橫向穿過此容器：該磁場來源于永久磁鐵、電磁鐵或磁輻射源的磁場。外部能源被用來為帶電粒子提供初始能量，例如應(yīng)用加熱、電場加速或核輻射等。能量轉(zhuǎn)換方法是利用磁場使帶電粒子沿所需的軌道運(yùn)動，直至與中心電極（陰極）碰撞為止。作用于粒子的功（為此陰極所達(dá)到的電位）正比于合成的磁場力及在該力作用下粒子行程的乘積。當(dāng)粒子在容器內(nèi)運(yùn)動要橫著穿過磁場，這就在粒子上產(chǎn)生力，該力正比于磁場強(qiáng)度、粒子的速度和粒子的電荷以及粒子軌跡與磁力線間入射角的正弦。此力含有圓周分量和向心分量，致使粒子沿螺旋形軌跡運(yùn)動。

一個方向相反的離心力也作用于粒子上，其方向與向心磁力相反電極的電位與為克服離心力和陰極周圍由于電荷累積和電極間電位差的增大所形成的電場而對帶電粒子所需做的功成正比。當(dāng)離心力與推斥力之和等于向心力時電極電位達(dá)最大值，此后不再有帶電粒子到達(dá)電極。電極的半徑?jīng)Q定中心電極和外電極間電壓的最小值：當(dāng)中心電極的半徑減小時（由于濺射或腐蝕），離心力將增大，在磁場強(qiáng)度和粒子速度一定的情況下，這將使能夠到達(dá)中心電極的帶電粒子數(shù)減少，從而導(dǎo)致電極電位減小。對于一定的粒子動能，離子與較輕帶電粒子（如電子）間質(zhì)量的差異將導(dǎo)致離心力的不同。在磁場強(qiáng)度一定的情況下，當(dāng)發(fā)電機(jī)應(yīng)用最強(qiáng)的磁場使離心力最小并使在此力作用下的粒子徑向行程最大時，發(fā)電機(jī)的輸出和效率達(dá)到最佳。應(yīng)該應(yīng)用電荷與質(zhì)量之比最高的的粒子。

當(dāng)通過在容器內(nèi)部粒子碰撞和激勵進(jìn)行電離時，可利用低壓氣體作為電荷源。注入的氣體可使氣體的原子/分子的電離能減至最小，從而提高效率。然而對于較重的離子而言，由于它們的速度較低，合成的磁力較小，致使高壓電極（陰極）所產(chǎn)生的電場可能吸收相反極性的帶電粒子（正離子），結(jié)果使電極電荷減少，輸出電壓降低。有不少方法可以克服或減輕這種效應(yīng)。例如，一種方法是把相反極性的電荷分離開和/或應(yīng)用電壓偏置柵極來控制相反電荷向高壓電極的流動。

一般，氣體型設(shè)備比單純的電荷型設(shè)備復(fù)雜，可在較低電壓下發(fā)出較大的電流。而單純電荷型設(shè)備（例如用于高真空室的電子）可以產(chǎn)生比較高的電壓。

磁場可由一個或數(shù)個永久磁鐵和/或一個或數(shù)個電磁鐵產(chǎn)生。對于質(zhì)量和速度相同的粒子，固定的磁場產(chǎn)生不變的輸出電壓，變化的磁場則產(chǎn)生變化的電壓。