[發明專利]用于從帶電粒子束中直接提取能量的電路

有效

• 申請號: 200980128404.6
• 申請日: 2009-06-29
• 公開（公告）號: CN102265498B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: K.斯梅德利;F.韋塞爾;顧明穎;鄭仁和
• 申請（專利權）人: 加州大學評議會
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;G21D7/00;H02J3/38;H05H15/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 李湘,高為

技術領域

本發明大體上涉及電路，并且更具體地涉及便于從作為受控的聚變反應的結果的帶電粒子中提取能量并且根據需要以整功率因數、超前功率因數或滯后功率因數將所述能量發送到電網的電路。

背景技術

受控的聚變發電將使充裕而清潔的能源成為可能。此項課題在美國及世界引起了重要的研究工作。所報導的方法典型地基于將聚變能量轉換為熱能，然后轉換為電能。

在發明名稱為“以場反轉構造的受控聚變和直接能量轉換(Controlled?fusion?in?a?field?reversed?configuration?and?direct?energy?conversion)”的美國專利No.?6,611,106('106專利)(以引用的方式將其并入本文)所描述的可替換方法中，可通過利用四極(quadropole)逆回旋加速轉換器(ICC:?inverse?cyclotron?converter)使帶電粒子減速而將帶電粒子束以動量形式所攜帶的受控聚變能量直接轉換成電力。這樣，預期可得到更高的能量轉化率。所需要的關鍵技術是從ICC中提取能量并將其注入公用電網(utility?grid)。

因此，所期望的是提供一種被用于使等離子粒子減速、從該減速效應中提取能量、將該等離子能量直接轉換為電能并且將該電力發送到電網的功率電子電路。

發明內容

本文所描述的聚變能量提取電路(FEEC)裝置的示例性實施例僅代表所述FEEC裝置的許多可能的實現的幾個例子，而絕不是意圖限制本說明書的主題。

在一個實施例中，所述FEEC裝置優選地包括并網雙向轉換器組件和諧振轉換器組件。所述雙向轉換器組件可以為了不同的目的而實現超前相位、滯后相位或整功率因數并網轉換器。

所述諧振轉換器優選地包括逆回旋加速轉換器(ICC)、電感器以及多個電路開關，所述多個電路開關形成將直流電壓斬波(chop)為脈沖波形的電橋。所述ICC優選地被構造為具有起電容器作用的兩個或更多個擋板(plate)或者四極擋板，其與電感器共同起諧振回路的作用。所述擋板優選地是伸長的，這些擋板的弓形橫截面形成伸長的環形圓筒腔室，并且在所述擋板之間形成軸向延伸的伸長間隙。

在所述FEEC裝置的啟動期間，能量從所述公用電網經由所述并網雙向轉換器組件流向所述諧振轉換器。這建立了諧振并且激發了跨所述擋板之間的間隙所形成的四極電場。在發電或能量提取期間，來自例如聚變過程的帶電粒子束的帶電粒子隨著粒子束穿過所述ICC而被所述四極電場減速。同樣在發電期間，所述ICC的四極擋板將以鏡像電流的形式收集損失的能量。然后，所述鏡像電流將經由所述諧振轉換器和所述并網雙向轉換器組件流向所述公用電網。

所述并網轉換器在啟動時間期間起交流/直流整流器的作用，而在發電期間起直流/交流并網逆變器的作用。在這兩種情況下，所述并網轉換器將根據需要以整功率因數、超前功率因數或滯后功率因數進行操作，從而提供有功功率和無功功率(VAR)。

為了實現電場激發和能量提取，優選的是精確地控制所述諧振轉換器的諧振頻率和電壓。所述頻率在這種情況下被固定在稍高于所述諧振回路的諧振頻率處，而同時可以通過切換圖形調制和反饋調節來實現電壓控制。兩種調制方法，即相移調制(PSM)和脈沖寬度調制(PWM)均能提供電壓控制。通過將所感測到的諧振電壓與基準進行比較來實現反饋調節，而同時其誤差被用于調制所述諧振轉換器中的開關的相位或脈沖寬度。通過這種調制，按照操作模式的自動雙向能量流動得以保證。

在FEEC裝置的可替換實施例中，諧振導體(resonant?conductor)可以實現串聯連接的多個鐵氧體電感器以優化所述FEEC裝置的操作。串聯連接的諧振電感器相對于單個諧振電感器而言具有若干優點。

通過將所感測到的諧振電壓與基準進行比較來實現反饋調節，而同時其誤差被用于調制所述諧振轉換器中的多個開關的相位或脈沖寬度。

在另一示例性實施例中，諧振轉換器的反饋控制環路可以被利用以便于自動雙向功率流。所述反饋控制環路由諧振電壓感測電路、誤差補償器以及PWM或PSM脈沖發生器組成。

經過考察下述附圖和詳細說明之后，本發明的其他系統、方法、特征以及優點對于本領域的技術人員而言將顯而易見或將變得明顯。目的在于所有這樣的附加的系統、方法、特征以及優點都涵蓋在本說明書之內、處于本發明的范圍內并且通過所附權利要求而受到保護。如在上文中所提及的，目的還在于本發明不限于示例性實施例的細節。

附圖說明