как было метко подмечено Фарадаем 
т.е. попытка построить отопитель "трансформаторного типа" заранее обречена на провал.
но ведь хочется. а если "нельзя но хочится — то можно всеравно". что же на помощь приходит униполярный генератор. вот простая конструкция от аристократа:
только вместо амперметра нужно прикрутить нагревательный элемент — просто несколько десятков витков нихромой проволки т.к. большую ЭДС получить сложно — и вуаля наш отопитель готов. в отличие от нагревателя трансформаторного типа закон электромагнитной индукции Фарадея на него распростронятся не будет т.к. в пластинах изменение потока вектора магнитной индукции не происходит
ЭДС такого генератора равна nBS
n — число оборотов в секунду
B — магнитная индукция
S — площадь пронизываемая потоком B
как гововорится все гениальное просто. необходимо наращивать диаметр постоянных магнитов, их остаточную индукцию и скорость вращения — самоеглавное чтобы их не разнели силы инерци и центростримительное ускорение.
Статус проекта: завершен
Данный проект уже можно отнести к истории развития нашей Лаборатории. Примечателен тем, что именно с него мы начали практическую работу в области устройств альтернативной энергетики. Уже при создании первого прототипа стало ясно, что никакого аномального выделения тепла в устройстве не наблюдается, но мы завершили работу над агрегатом из принципиальных соображений.
В данной статье речь идет о прототипе устройства, вырабатывающего тепло за счет токов Фуко, порождаемых переменным магнитным полем, создаваемым вращающимся диском с магнитами. Если в это переменное поле поместить алюминий или медь, они начинают весьма интенсивно нагреваться. Вот, например ролик с громким названием «FREE HEATING . »
Люди, насмотревшись подобных роликов, начинают изготавливать конструкции, кто во что горазд. Чаще всего довести конструкцию до рабочего состояния не получается. Оценка эффективности производится «на глазок», естественно, не без участия «плацебо».
Итак, миф№1 — нагрев не бесплатный, нагрев возникает за счет электромагнитной индукции, порождаемой вихревыми токами Фуко в металле. Ротор с магнитами при этом испытывает торможение, пропорциональное нагреву.
ВНИМАНИЕ. На данной благодатной теме (народ жаждет «халявного» тепла) наживаются мошенники, например, этот:
Проблема состоит, как всегда, в качественном исполнении и в правильном замере эффективности.
Для объективного замера тепловой мощности, вырабатываемым устройством, мы собрали теплостенд
Конструктивно проще всего вращать диск с магнитами, а нагревать трубку или несколько трубок с циркулирующим внутри теплососителем — водой. Встречаются иные конструктивные решения, например:
— вращается цилиндрический ротор с продольно расположенными магнитами, а трубка навита в форме спирали вокруг этого цилиндра, как внешняя обойма;
— вращается алюминиевый цилиндр, а вокруг расположены неподвижные продольно расположенные магниты (бруски) — воздушный отопитель.
Сути это не меняет, а проблем при реализации возникает масса, поэтому мы решили остановиться на «классической компоновке».
Вот модель нашего первого прототипа:
Позже мы решили заменить мотор на более подходящий, что привело к изменению всей конструкции. Диаметр диска — 200 мм, толщина — 25 мм, количество магнитов — 36 шт., силой по 6,9 кг. Двигатель асинхронный, однофазный, 2,2 кВт.
Идет дальнейшая сборка прототипа
Мы потратили кучу времени на эксперименты с разными теплообменниками, пробовали гнуть медные трубки с помощью специально выточенной оправки, но больших успехов не добились. Кроме того, если нагревать одну кольцевую медную трубку, может случиться так, что она не будет успевать передать тепловую энергию проходящей воде и начнет перегреваться, нагревая больше атмосферу, чем теплоноситель. Известно, что кпд теплообмениика находится в зависимости от площади его рабочей поверхности.
В итоге пришли к конструкции теплообменника в виде пакета из 4-х алюминиевых трубок с хорошей геометрией, максимальной «рабочей плоскостью» и большой площадью внутренних поверхностей. Такая схема позволит эффективно передавать тепло от нагреваемого металла воде, прокачиваемой через теплообменник насосом.
Общий вид установки вместе с измерительным стендом см. фото в начале статьи.
Теперь самое интересное и ожидаемое — цифры.
Выходная тепловая мощность при потреблении 3 кВт не превысила 2 кВт, кпд системы (то что она «закрытая», уже не вызывает никаких сомнений) можете легко посчитать самостоятельно.
А мы по отработанной схеме продолжаем эксперименты с кавитационным теплогенератором, а диковинный агрегат займет свое достойное место в «музее поля Чудес» в качестве наглядного доказательства того, что интернет переполнен огромным количеством ложной , непроверенной информации, и не все то золото, что «free heating».
Актуальное видео (05.03.14):
Ваш рейтинг: 0 /5
Rate this article
Задача в целом выглядит, как получение максимального нагрева рабочего тела (теплового выхода) при минимальных затратах электроэнергии. Магнетрон позволяет создать такой режим работы, при котором затраты электроэнергии от внешнего источника будут намного меньше получаемой тепловой мощности.
Рассмотрим кратко принцип работы магнетрона. На фото показан обычный магнетрон в разрезе.
Рис. 1. Магнетрон в разрезе.
На втором рисунка показана схема, поясняющая процессы энергообмена при работе магнетрона.
Рис. 2 Схема движения электронов внутри магнетрона
Электроны эмитируются из катода, который расположен в центре, и двигаются в сторону анода на периферию, ускоряемые электрическим полем. В пространстве взаимодействия между катодом и анодом, на электроны воздействует постоянное электрическое поле (в радиальном направлении), постоянное аксиальное магнитное поле и поле электромагнитной волны. Без магнитного поля, получился бы обычный диод, в котором электроны двигаются линейно к аноду. Магнитное поле изменяет траекторию электронов, это действие силы Лоренца.
Таким образом, в коаксиальном пространстве между анодом и катодом магнетрона постоянно есть некоторое количество движущихся электронов, так называемое «электронное облако». Возникновение электромагнитной волны происходит в этом электронном облаке. В нем возникают неустойчивости, которые приводят к генерации электромагнитных колебаний, эти колебания усиливаются резонаторами.
Обычно, основной задачей конструкторов является усиление и съем этой СВЧ энергии, которая по волноводу направляется в рабочую область СВЧ печки или излучается в нужном направлении радаром. Нас интересует только тепловой выход, поэтому предлагается конструктивно решить задачу оптимального преобразования энергии СВЧ волны в тепловую энергию. В простейшем случае, это можно обеспечить рассеиванием электромагнитной волны на металлическом корпусе магнетрона (в аноде), где необходимо предусмотреть теплообменники с циркулирующим по системе теплоносителем.
Важно отметить, что если бы электроны не взаимодействовали с полем электромагнитной волны, то они двигались бы в скрещённых электрическом и магнитном полях по эпициклоидам, вокруг катода. В реальном магнетроне, траектории электронов намного интереснее и имеет радиальную составляющую (красная линия на Рисунке 2). Другими словами, на такой траектории электроны то приближаются к аноду, то удаляются. В их движении отражен энергообмен между электронами и электромагнитной волной, которая обеспечивает перенос энергии и обуславливает нужный нам тепловой выход.
При достаточно сильном магнитном поле, электрон, движущийся по этой кривой, не может достичь анода, при этом говорят, что произошло магнитное запирание диода. На Рис. 3 показан такой режим работы, при котором ток катод – анод стремится к нулю при увеличении величины магнитного поля .
Рис. 3. Бестоковый режим.
Необходимо понимать, что электрическое поле возникшей электромагнитной волны может не только замедлять, но и ускорять электроны. Если средняя скорость вращения электрона вокруг катода совпадает с фазовой скоростью волны, то электрон находится в тормозящей области, отдавая энергию волне. Такие электроны группируются в сгустки (так называемые «спицы»), вращающиеся вместе с полем.
Системообразующий эффект: В данной схеме, нагрев анода и всего корпуса магнетрона обусловлен СВЧ излучением. Мощность СВЧ электромагнитных колебаний зависит от эффективности передачи энергии ускоренных полем электронов электромагнитной волне. Ускорение электронов обеспечивает постоянное электрическое поле, то есть, разность потенциалов между анодом и катодом. Электрическое поле не требует расходов на его поддержание, если нет тока между анодом и катодом.
Магнитное поле создается постоянными магнитами, следовательно, расхода энергии на создание магнитного поля не требуется.
Нас интересует именно такой режим, в котором электроны либо вообще не попадают на анод, либо их количество минимальное и большая часть электронного облака является стабильным, находясь в колебательном процессе энергообмена. Электроны теряют энергию, отдавая ее электромагнитной волне, и вновь ускоряются электрическим полем.
Варианты технического решения, которые можно предложить на данном этапе изучения поставленной задачи:
1. Найти рабочую точку, в которой величина магнитного поля и ускоряющий потенциал согласованы настолько точно, что большая часть электронов не достигают анода. Поскольку магниты будут постоянные, и величину магнитного поля регулировать невозможно, то остается предложить автоматическое регулирование величины ускоряющего потенциала. В схеме необходимо ввести датчик тока катод – анод, подающий управляющий сигнал на систему регулировки напряжения катод- анод.
2. Вместо плавной «аналоговой» регулировки ускоряющего потенциала катод – анод использовать «цифровой» импульсный режим, включающий ускоряющий потенциал на короткое время, и выключающий его в момент начала тока «катод — анод», максимально быстро, Рис.4.
Рис. 4 Импульсный режим
Целесообразно увеличить ускоряющий потенциал, так как энергия электронов зависит от квадрата разности потенциалов катод — анод. При более детальном изучении проблемы, могут быть предложены и другие методы оптимизации решения поставленной технической задачи.
Расходы на разогрев катода обычного магнетрона необходимы, но они намного менее получаемой тепловой мощности. Например, напряжение накала обычного магнетрона СВЧ печки составляет 3 Вольта и ток накала 10 Ампер. Итого, мощность на накал требуется около 30 Ватт, и при этом магнетрон способен обеспечивать несколько киловатт тепловой мощности.
В особом «закритичном режиме» магнитного запирания, возможно получить эффект саморазогрева катода при возврате электронов на катод и эффект вторичной эмиссии. При этом, расходы на накал катода уменьшаются. Реализация этой идеи возможна в случае использования импульсного режима включения ускоряющего потенциала, так как возврат электронов на катод возможен только при отсутствии на катоде отрицательного потенциала.
Для целей патентования, аналогом предлагаемой экспериментальной конструкции является классический ускоритель частиц Лоуренса, U.S. Patent 1,948,384 Ernest O. Lawrence “Method and apparatus for the acceleration of ions”.
На Рис.5 показана упрощенная схема такого ускорителя.
Рис.5. Ускоритель Лоуренса (циклотрон)
Магнитное поле в данной схеме постоянное. Недостатком данной схемы является необходимость использовать переменное электрическое поле. Это создает значительные затраты мощности. В резонансном режиме работы, такой ускоритель частиц потребляет минимум энергии. Выход ускоренных частиц может быть использован для получения тепловой энергии, например, при соударении с мишенью (металлом).
Наиболее перспективными представляются эксперименты с безнакальным магнетроном, который разработали и производят специалисты фирмы «ПЛУТОН» Москва. Конструкция данного прибора показана на Рис.6 . .
Рис.6 Конструкция безнакального магнетрона
Катод сделан из материалов разного типа. Первичная эмиссия электронов производится автоэмиссионными катодами, затем мощная вторичная эмиссия обеспечивается катодами вторичной эмиссии. Они изготовлены из пористого порошкового материала Pd5Ba, содержащего барий и палладий.
На Рис.7 показан магнетрон, позволяющий получить 16KW в импульсе, вес 350 gram. Размер 30 x 50 mm
Рис.7 Безнакальный магнетрон фирмы PLUTON
Предыдущие эксперименты в 2006 году показали возможность увеличения теплового выхода, при приближении серийного магнетрона к критическому бестоковому режиму работы. Эксперименты проводил Фролов А.В. в ООО «Фарадей». Были изучены магнетроны типа 2M218, 2M219 и OM75P(31). Эксперименты заключались в нагреве 8 литров воды, при погружении в емкость с водой изолированного магнетрона. Измеряется разность температур (начальная и конечная) и время нагрева.
Затем, рассчитывается тепловая мощность.
Выводы: Удвоение величины магнитного поля значительно улучшает соотношение генерируемой тепловой мощности к потребляемой мощности.
Предложения по организации экспериментов
1. Исследовать возможности получения максимально высокого соотношения тепловой мощности к затрачиваемой электрической мощности, конструируя магнетроны на базе стандартных генераторных электронно-вакуумных ламп коаксиальной конструкции катода и анода. Например, в 2003 – 2006 годах мной были проведены эксперименты на основе электронно-вакуумных ламп типа ГУ-74Б.
2. В сотрудничестве с конструкторами российских предприятий, разрабатывающих СВЧ приборы, спроектировать, изготовить и испытать безнакальный магнетрон коаксиальной конструкции, рассчитанный на работу в бестоковом режиме. Водяной теплообменник должен обеспечить отвод тепловой мощности.
При получении положительных экспериментальных данных, можно перейти к патентованию предлагаемой технологии, а также к конструированию модельного ряда приборов бытовой мощности от 1 кВт до 10 кВт. При наличии Заказчиков, можно разработать приборы промышленного применения мощностью 100 кВт и более.