Атмосферный ионный двигатель
Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в качестве электродвигателя. Технический результат состоит в повышении мощности, уменьшении веса и пожароопасности. Атмосферный ионный двигатель содержит корпус, вал, электрический ионный насос, клеммовую коробку. Новым в двигателе является то, что корпус круглый и цилиндрический, а ротор выполнен заодно с валом в форме цилиндрического вала вращения, вставлен внутрь корпуса. Продольная ось ротора смещена вниз относительно продольной оси корпуса, закрытого передней и задней крышками, в отверстие одной из которых пропущен вал. Ротор имеет радиальные пазы, в которые вставлены подпружиненные лопасти. Впускная полость через воздушный фильтр соединена с атмосферой, а внутренняя полость двигателя соединена с корпусами нескольких электрических насосов, одинаковых по конструкции, оканчивающихся впускной трубой. Каждый электрический ионный насос имеет ионизатор атмосферного воздуха, ускоряющее устройство и нейтрализатор, выводы которых соединены с клеммами клеммовой коробки и подключены через коммутирующие устройства к ядерно-изотопным высоковольтным батареям. Рабочим телом двигателя является атмосферный воздух. 7 ил.
Настоящее изобретение относится к области электротехники и может найти применение в качестве электродвигателя на транспорте и на небольших стационарных и передвижных электростанциях.
Известен электродвигатель постоянного тока, содержащий корпус с опорной плитой, закрытый крышками, через отверстие одной из которых пропущен вал, клеммовую коробку. Ротор выполнен в форме цилиндрического тела, изготовленного заодно с валом и имеющего радиальные пазы. В пазы вставлены лопасти, имеющие штыри, входящие в профилированный паз, выполненный на внутренней поверхности задней крышки корпуса, имеющего в нижней части отверстие, в котором размещен генератор водорода. Он представляет собой трубу, закрытую с обеих сторон крышками с решетками, заполненную кристаллами палладия или другого металла, способного поглощать и выделять водород при охлаждении и нагревании. На изолированную наружную поверхность трубы надеты нагреватели-охладители, соединенные друг с другом последовательно таким образом, что при любом направлении электрического тока одна половина трубы охлаждается, а другая нагревается. Каждый нагреватель-охладитель представляет собой два кольца, соединенные друг с другом боковыми поверхностями и выполненные один из металла, другой из полупроводника и подключенные к клеммам клеммовой коробки. Генератор водорода пневматически соединен с впускной и выпускной полостями двигателя. Кристаллы палладия насыщены, а внутренние полости электродвигателя заполнены водородом, который является рабочим телом. /Патент РФ № 2158465, кл. H02K 57/00, F01B 29/00, опубликован 27.10.2000, Бюл. №30/.
Недостатками известного электродвигателя являются: недостаточная мощность, высокая пожарная опасность, высокая стоимость генератора водорода.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией электродвигателя.
Известен также газотурбоионный двигатель, содержащий круглый корпус, газовые турбины, пусковой электродвигатель, понижающий редуктор. Газовые турбины изолированы друг от друга и закреплены на одном валу, один конец которого соединен с валом пускового электродвигателя, а другой связан с ведущей шестерней понижающего редуктора. Турбины соединены между собой трубопроводом, имеющим снаружи охладитель, а внутри электрический ионный насос, состоящий из ионизатора, ускоряющей системы и нейтрализатора. Внутренняя полость двигателя заполнена водородом под давлением, которой является рабочим телом. Электрический ионный насос подключен к ядерно-изотопным батареям, каждая из которых содержит металлический корпус, из которого выкачан воздух, внутри которого размещен эмиттер, выполненный из металла, содержащего изотопы радиоактивного металла α- и β-эмиссии. Эмиттер имеет вывод, изолированный от корпуса, а вторым выводом является сам корпус. /Патент РФ №2184256, кл. F02C 6/20, опубликован 27.06.2002, Бюл. №18/.
Известный газотурбоионный двигатель как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату принят за прототип.
Недостатками известного газотрубоионного двигателя, принятого за прототип, являются: недостаточная мощность, большой вес, высокая пожароопасность.
Указанные недостатки обусловлены конструкцией газотурбоионного двигателя.
Целью настоящего изобретения является повышение технических и эксплуатационных характеристик электродвигателя.
Указанная цель согласно изобретения обеспечивается тем, что газовые турбины, пусковой электродвигатель и понижающий редуктор замещены ротором, выполненным заодно с валом в форме цилиндрического тела вращения, имеющего радиальные пазы, в которые вставлены пустотелые лопасти с размещенными внутри пружинами, причем ротор вставлен внутрь круглого цилиндрического корпуса, закрытого передней и задней крышками, в отверстие одной из которых пропущен вал, продольная ось которого смещена вниз относительно продольной оси корпуса таким образом, что наружная поверхность ротора контактирует с внутренней поверхностью корпуса, кроме того, впускная полость двигателя соединена через воздушный ультразвуковой фильтр с атмосферой, а выпускная полость двигателя соединена с корпусами нескольких электрических ионных насосов, одинаковых по конструкции, оканчивающихся выпускной трубой, причем каждый электрический ионный насос включает в себя ионизатор атмосферного воздуха, ускоряющее устройство и нейтрализатор, выводы которых соединены с клеммами клеммовой коробки, причем ядерно-изотопные высоковольтные батареи через коммутирующие устройства подключены к клеммам клеммовой коробки, причем рабочим телом двигателя является атмосферный воздух.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид атмосферного ионного двигателя, на фиг.2 - вид на атмосферный ионный двигатель спереди, на фиг.3 - вид на атмосферный ионный двигатель сверху, на фиг.4 - устройство воздушного ультразвукового фильтра, на фиг.5 - вид на атмосферный ионный двигатель спереди в разрезе, на фиг.6 - схема принципа действия атмосферного ионного двигателя, на фиг.7 - устройство ядерно-изотопной высоковольтной батареи.
Атмосферный ионный двигатель содержит круглый цилиндрический корпус 1 с опорной плитой 2, закрытой передней 3 и задней 4 крышками. В отверстие передней крышки пропущен вал 5, выполненный заодно с ротором 6 в форме цилиндрического тела вращения, вставленным внутрь круглого цилиндрического корпуса, продольная ось которого смещена вниз относительно продольной оси круглого цилиндрического корпуса таким образом, что наружная поверхность ротора контактирует с внутренней поверхностью круглого цилиндрического корпуса. На роторе выполнены радиальные пазы, в которые вставлены пустотелые лопасти 7, внутрь каждой из которых вставлена пружина 8. Впускная полость 9 закрыта боковой крышкой 10, соединенной с впускной трубой 11, оканчивающейся воздушным ультразвуковым фильтром 12. Он содержит цилиндрический корпус 13 с внутренней перегородкой 14, закрытой сверху крышкой 15, установленной на кронштейнах 16 с образованием впускных окон 17, а в нижней части имеющий съемный конический пылесборник 18. В нижней части внутренняя перегородка соединена с излучателем ультразвука 19, который электрически соединен с генератором ультразвука 20, закрепленного на цилиндрическом корпусе фильтра, и источником тока, не показанным на чертеже. Круглый цилиндрический корпус выполнен заодно с корпусами 21 нескольких электрических ионных насосов, одинаковых по конструкции, внутренняя полость которых выложена изоляционной керамикой 22, закрытых боковыми крышками 23, соединенными с общей выпускной трубой 24. Внутри каждый электрический ионный насос содержит ионизационную камеру 25, пневматически соединенную с выпускной полостью 26, источник электронов 27, ускоряющий электрод 28, разделительную сетку 29, соленоид закрутки 30, вмонтированный в изоляционную керамику, замедляющий электрод 31 и нейтрализатор 32. /О реактивных двигателях, работающих по принципу электрического ионного насоса см. Н.Н.Боброва, Э.Ф.Богданов, Ю.А.Бочаров и др. - Машиностроение, Терминологический словарь под общей редакцией М.К.Ускова и Э.Ф.Богданова. М.: Машиностроение, 1995, с.151, рис.13и (б)/. Все электроды электрических ионных насосов через коммутирующие устройства 44 подключены к высоковольтным ядерно-изотопным батареям 34, каждая из которых содержит металлический герметично закрытый корпус 35, из которого выкачан воздух, являющийся одним из выводов батареи. Внутри корпуса размещен эмиттер 36, выполненный из металла, содержащего соли радиоактивного элемента α- или β-эмиссии, например стронция (Sr90). Эмиттер имеет выведенный наружу вывод, изолированный из корпуса. Напряжение батареи 360000 вольт. /В.Фильштих, Топливные элементы. Пер. с нем. С.К.Бычковского, Ю.А.Мазитова и др., проф. В.С.Багоцкого. М.: Мир, 1968, с.339, рис.7.2/.
Рабочим телом двигателя является атмосферный воздух.
Работа атмосферного ионного двигателя.
После включения ядерно-изотопных батарей 34 посредством коммутирующего устройства 33 в ионизационной камере 25 происходит ударная объемная ионизация атмосферного воздуха и источник электронов 27 создает облако быстро движущихся электронов, которые перемешиваются в объеме соленоидом закрутки 30 и ионизируют атомы атмосферного воздуха. В результате образуются ионы воздуха, которые под действием электрического поля начинают с большой скоростью двигаться в направлении разделительной сетки 23. Далее они проходят через замедляющий электрод 31, где скорость их уменьшается, а достигнув нейтрализатора, 32 ионы воздуха превращаются в нейтральные атомы, продолжая по инерции движение в сторону выпускной трубы 24, подталкиваемые следующей порцией движущихся ионов (Фиг.6). В результате этого в выпускной полости 26 происходит сильное разрежение. Атмосферный воздух начинает давить с силой на полость 7 со стороны впускной полости 9, поворачивая ротор 6 вместе с валом 5. При этом в выпускную полость 26 поступает свежая порция атмосферного воздуха, которая находилась между лопастями 7, и все повторяется сначала. Таким образом происходит непрерывное вращение вала 5 и перемещение атмосферного воздуха из впускной полости 9 в выпускную полость 26.
Перед тем как попасть во впускную полость 9, атмосферный воздух проходит очистку в воздушном ультразвуковом фильтре следующим образом. Через окна 17 атмосферный воздух поступает в правый канал (фг.4) и движется в направлении, показанном стрелками. Достигнув нижней части, он попадает в область действия ультразвукового излучателя 19, питаемого от генератора ультразвука 20. Под действием ультразвука частицы пыли ударяются друг от друга, слипаются в более крупные частицы и при движении по круговой траектории в нижней части корпуса 13 под действием центробежной силы отбрасываются вниз на конусное дно, а чистый атмосферный воздух поднимается верх. Накопившаяся пыль по мере необходимости удаляется через съемную крышку 18. Регулирование частоты вращения вала 5 двигателя осуществляется путем подключения или отключения одного-двух электрических ионных насосов. Чем больше электрических ионных насосов работает, тем больше разрежение в выпускной полости 26 и тем больше сила давления на лопасти 7 и соответственно больше мощность на валу 5, вращение которого осуществляется только в одну сторону. Для остановки атмосферного ионного давления необходимо постепенно или сразу отключить коммутирующими устройствами 33 ядерно-изотопные батареи 34. Ударная объемная ионизация прекратится и двигатель остановится.
Предлагаемый атмосферный ионный двигатель может быть использован на транспорте, а также для привода генератора электрического тока на передвижных электростанциях или в жилых домах, дачах, коттеджах в качестве автономного источника тока.
Положительный эффект: более высокая мощность на валу, более высокая пожаробезопасность, расширенная область применения.
Атмосферный ионный двигатель, содержащий корпус, вал, электрический ионный насос, клеммовую коробку, отличающийся тем, что корпус изготовлен круглым и цилиндрическим, а ротор выполнен заодно с валом в форме цилиндрического тела вращения, имеющего радиальные пазы, в которые вставлены пустотелые лопасти с размещенными внутри пружинами, причем ротор вставлен внутрь круглого цилиндрического корпуса, закрытого передней и задней крышками, в отверстие одной из которых пропущен вал, продольная ось которого смещена вниз относительно продольной оси корпуса таким образом, что наружная поверхность ротора контактирует с внутренней поверхностью корпуса, кроме того впускная полость двигателя соединена через воздушный ультразвуковой фильтр с атмосферой, а выпускная полость двигателя соединена с корпусами нескольких электрических ионных насосов, одинаковых по конструкции, оканчивающихся выпускной трубой, причем каждый электрический ионный насос включает в себя ионизатор атмосферного воздуха, ускоряющее устройство и нейтрализатор, выводы которых соединены с клеммами клеммовой коробки, причем ядерно-изотопные высоковольтные батареи через коммутирующие устройства подключены к клеммам клеммовой коробки, причем рабочим телом двигателя является атмосферный воздух.
