Низкоэнергетическая ядерная термоэлектрическая система
Низкоэнергетическая ядерная термоэлектрическая система для транспортного средства содержит теплогенератор в теплоизоляционной оболочке, систему для преобразования энергии, связанную с теплогенератором, систему для хранения энергии, связанную с системой для преобразования энергии, охлаждающую систему и центральную управляющую систему. Теплогенератор осуществляет реакцию никелевого порошка с водородом в камере реактора для производства теплоты, которую передают на систему для преобразования энергии для ее преобразования в электричество для хранения в системе для хранения энергии. Охлаждающая система обеспечивает охлаждение для различных компонентов, а управляющая система регулирует всю его работу. Электрический автомобиль (варианты) и транспортное средство характеризуются использованием низкоэнергетической ядерной термоэлектрической системы. Группа изобретений направлена на предотвращение ущерба окружающей среде. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники
В целом, настоящее изобретение относится к низкоэнергетической ядерной системе и, в частности, относится к низкоэнергетической ядерной термоэлектрической системе для транспортного средства, которая обеспечивает экономически эффективные и не наносящие ущерба окружающей среде средства для транспортировки в течение длительного рабочего запаса хода, не выделяющие какие-либо выбросы, с использованием бортового теплогенератора с низкоэнергетической ядерной реакцией.
Уровень техники
Любое обсуждение предшествующего уровня техники на всем протяжении настоящей спецификации никоим образом не должно рассматриваться, как допущение того, что такой предшествующий уровень техники широко известен или образует часть общеизвестных знаний в указанной области.
Настоящее изобретение относится к системе, которая использует тепловую энергию для питания электрического транспортного средства, такого как электрический автомобиль, электрический мотоцикл, электрический автобус, электрический поезд, электрическое судно, электрический самолет и тому подобное. В последние годы рынок электрических транспортных средств стремительно вырос, текущая оценка прогнозирует к 2017 продажу свыше 5 миллионов электромобилей каждый год.
Производимые в настоящее время электрические транспортные средства, как правило, считаются не наносящими ущерба окружающей среде, поскольку они не зависят от ископаемого топлива, которое на мировом рынке имеет все возрастающий спрос. Эти электрические транспортные средства также считаются экологически безопасными, поскольку они не создают какие-либо выбросы, такие как газы, вызывающие парниковый эффект.
Однако, даже эти не наносящие ущерба окружающей среде электрические транспортные средства, производимые в настоящее время, страдают от ряда недостатков. Многие из таких транспортных средств требуется периодически соединять напрямую с электросетью, или они требуют использования батарей для хранения энергии. Когда в качестве единственного источника питания используют такие батареи, запас хода этого электрического транспортного средства строго ограничен емкостью батарей и, таким образом, требует повторной подзарядки. Увеличение емкости батарей и, таким образом, запаса хода транспортного средства, увеличивает как цену, так и вес этого транспортного средства, что во многих случаях может быть субоптимальным для различных применений.
Одним решением проблемы ограниченного запаса хода электрических транспортных средств стало развитие сети зарядных станций для использования при подзарядке системы батарей таких транспортных средств. Другим решением увеличения запаса хода стало использование топливных элементов вместо батарей большой емкости. Однако такие системы часто должны полагаться на сложную водородную инфраструктуру и сеть водородных станций для предоставления точек доставки водорода для дозаправки транспортных средства (подобно газовым станциям). По оценкам, необходимая водородная инфраструктура для поддержки широко используемых транспортных средств на топливных элементах займет несколько десятилетий.
Другое решение проблемы запаса хода электрических транспортных средств состоит в прямом использовании не наносящей ущерба окружающей среде энергии, такой как солнечная энергия, для питания транспортных средств. Тем не менее, все эти решения страдают от многих недостатков по сравнению со стандартными транспортными средствами на тепловом двигателе, включая запас хода, удобство в использовании, комфорт и стоимость.
Вследствие свойственных проблем предшествующего уровня техники существует потребность в новой и улучшенной низкоэнергетической ядерной термоэлектрической системе для транспортного средства, которая обеспечивает экономически эффективные и не наносящие ущерба окружающей среде средства для транспортировки в течение длительного рабочего запаса хода, не выделяющие какие-либо выбросы, с использованием бортового теплогенератора с низкоэнергетической ядерной реакцией.
Краткое описание изобретения
В целом, настоящее изобретение относится к низкоэнергетической ядерной термоэлектрической системе для транспортного средства. В соответствии с аспектом низкоэнергетическая ядерная термоэлектрическая система содержит теплогенератор в теплоизоляционной оболочке, систему для преобразования энергии, связанную с теплогенератором, систему для хранения энергии, связанную с системой для преобразования энергии, охлаждающую систему и центральную управляющую систему.
В соответствии с аспектом настоящего изобретения теплогенератор осуществляет реакцию никелевого порошка с водородом в камере реактора для производства теплоты. Затем эту теплоту передают на систему для преобразования энергии для его преобразования в электричество для хранения в системе для хранения энергии. Охлаждающая система обеспечивает охлаждение для различных компонентов настоящего изобретения, а управляющая система регулирует всю его работу. Настоящее изобретение можно применять для питания транспортного средства эффективным, не наносящим ущерба окружающей среде и экономически эффективным образом.
В соответствии с аспектом настоящее изобретение относится к транспортному средству, содержащему низкоэнергетическую ядерную термоэлектрическую систему настоящего изобретения.
Таким образом, были довольно широко описаны некоторые из признаков настоящего изобретения для того, чтобы их подробное описание могло быть лучше понятно, и для того, чтобы могло быть лучше понятно настоящее усовершенствование уровня техники. Существуют дополнительные признаки настоящего изобретения, которые будут описаны далее в настоящем документе, и которые образуют объект сопутствующей формулы изобретения. В этом отношении до подробного пояснения по меньшей мере одного варианта осуществления настоящего изобретения следует понимать, что настоящее изобретение в своем применении не ограничено деталями конструкции и расположениями компонентов, изложенными в нижеследующем описании или иллюстрированными на чертежах. Настоящее изобретение допускает другие варианты осуществления и может практиковаться и выполняться различными способами. Кроме того, следует понимать, что формулировки и терминология, примененные в настоящем документе, приведены для целей описания, и их не следует рассматривать, как ограничивающие.
Краткое описание чертежей
Различные другие объекты, признаки и сопутствующие преимущества настоящего изобретения будут полностью оценены, когда станут более понятны при рассмотрении в сочетании с сопутствующими чертежами, на которых одинаковые ссылочные обозначения обозначают одинаковые или аналогичные части на нескольких видах, на которых:
На фиг. 1 представлена первая структурная схема, иллюстрирующая общие компоненты основного варианта осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 представлена вторая структурная схема, иллюстрирующая общие компоненты основного варианта осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3 представлена структурная схема, иллюстрирующая вид в поперечном сечении примерного теплогенератора для использования с настоящим изобретением.
На фиг. 4 представлена структурная схема, иллюстрирующая теплогенератор и системы для преобразования энергии в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 5 представлена структурная схема, иллюстрирующая охлаждающую систему, основанную на абсорбционном холодильнике.
На фиг. 6а представлен внутренний вид сверху различных компонентов настоящего изобретения при использовании с электрическим автомобилем.
На фиг. 6b представлен внутренний вид сбоку различных компонентов настоящего изобретения при использовании с электрическим автомобилем.
На фиг. 7 представлен внутренний вид сбоку различных компонентов настоящего изобретения при использовании с электрическим летательным аппаратом.
На фиг. 8 представлена структурная схема, иллюстрирующая альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения, который использует турбогенератор двуокиси углерода в сверхкритическом состоянии.
Подробное описание изобретения
А. Обзор
Теперь описательно обратимся к чертежам, на которых аналогичные ссылочные обозначения обозначают аналогичные элементы на нескольких видах, и на фиг. 1-7 иллюстрирована низкоэнергетическая ядерная термоэлектрическая система 10, которая содержит теплогенератор 20 в теплоизоляционной оболочке 30, систему 40 для преобразования энергии, связанную с теплогенератором 20, систему 50 для хранения энергии, связанную с системой 40 для преобразования энергии, охлаждающую систему 60 и центральную управляющую систему 70. Теплогенератор 20 осуществляет реакцию никелевого порошка 23 с водородом в камере 22 реактора для производства теплоты. Затем эту теплоту передают на систему 40 для преобразования энергии для его преобразования в электричество для хранения в системе 50 для хранения энергии. Охлаждающая система 60 обеспечивает охлаждение для различных компонентов настоящего изобретения, а управляющая система 70 регулирует всю его работу.
На фиг. 1 и 2 показаны структурные схемы, иллюстрирующие общую структуру и работу в соответствии с настоящим изобретением. Как видно на фиг. 1, настоящее изобретение содержит теплогенератор 20, имеющий внутренний контур 32 текучей среды, приводимый внутренней гидравлической системой 33. Контур 35 горячей текучей среды передает теплоту от теплогенератора 20 на систему 40 для преобразования энергии, где теплоту преобразуют в энергию, и через охлаждающую систему 60 до возврата к теплогенератору 20. Охлаждающий контур 66 проходит через систему 40 для преобразования энергии, охлаждающую систему 60 и, при необходимости, через систему 17 для кондиционирования воздуха транспортного средства 16. Охлаждающий передаточный контур 67 также соединяет охлаждающую систему 60 с отдельным радиатором 46. Благодаря низкоэнергетической ядерной термоэлектрической генерации теплогенератора 20 настоящее изобретение можно применять для питания транспортного средства эффективным, не наносящим ущерба окружающей среде и экономически эффективным образом.
В. Теплогенератор
Настоящее изобретение использует теплогенератор 20 для производства мощности, подлежащей преобразованию в системе 40 для преобразования энергии и хранению для использования в системе 50 для хранения энергии. Примерный теплогенератор 20 показан на фиг. 3. Следует понимать, что это является только примерным вариантом осуществления, а с настоящим изобретением могут быть использованы различные другие варианты осуществления. Таким образом, конфигурацию примерного теплогенератора 20, показанного на чертежах, не следует толковать, как ограничивающую объем настоящего изобретения.
С настоящим изобретением могут использовать широкий диапазон теплогенераторов 20. Один такой теплогенератор 20 раскрыт в патентной публикации США №2011/0005506, рассматривающей "Способ и устройство для проведения экзотермической реакции никеля и водорода", содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки. Другой такой теплогенератор 20 раскрыт в патентной публикации США №2011/0249783, рассматривающей "Способ производства энергии и устройство для этого", содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
Как показано на фиг. 3, теплогенератор 20 в целом содержит камеру 22 реактора, хранящую некоторое количество реагента, такого как никелевый порошок 23, который используют в качестве основного топлива реакции. Резервуар 24 для хранения водорода обеспечен таким образом, что хранящийся водород может быть введен в камеру 22 реактора через водородный инжектор 27. Обеспечен газовый нагнетатель 25, который выполнен с возможностью нагнетания водорода в никелевый порошок 23 для обеспечения реакции и управления ей. Для инициации реакции и управления ею также обеспечены нагреватель 28 и радиочастотный генератор 29, такой как микроволновый генератор 29.
Теплогенератор 20 использует низкоэнергетические ядерные реакции для производства теплоты для использования при производстве энергии. Теплоту производят на основании реакций трансмутации нерадиоактивных изотопов никелевого порошка 23 с газообразным водородом, с получением меди в устойчивом состоянии и нерадиоактивным изотопам меди. Таким образом, настоящее изобретение не требует использования какого-либо радиоактивного топлива и не производит каких-либо радиоактивных побочных продуктов.
В предпочтительном варианте осуществления теплогенератор 20 заключен в теплоизоляционную оболочку 30, как показано на фиг. 3. Экран 31 высокой плотности заключен в оболочку 30, который окружает различные компоненты теплогенератора 20 для целей безопасности. В предпочтительном варианте осуществления экран 31 состоит из материала, выполненного с возможностью блокировки любого гама-излучения, испущенного при трансмутации, а также любых инертных газов, использованных для целей безопасности.
Теплогенератор в целом состоит из камеры 22 реактора. Камера 22 реактора выполнена с возможностью хранения некоторого количества никелевого порошка 23, состоящего из мелких частиц никеля 23. Резервуар 24 для хранения водорода соединен с камерой 22 реактора 22 через инжектор 27, имеющий клапан 26. Резервуар 24 для хранения водорода хранит водородный газ либо в сжатом виде, например, в бутыли, либо в твердом состоянии, например, в виде гидрида магния.
Газовый нагнетатель 25 управляет давлением и количеством водорода, вводимого через инжектор 27 в камеру 22 реактора с помощью клапана 26. Такая конфигурация обеспечивает возможность регулировки активации и количества реакций трансмутации, тем самым обеспечивая возможность управления количеством тепловой энергии, произведенной посредством реакций в камере 22.
Нагреватель 28, в предпочтительном варианте осуществления состоящий из электрического нагревателя 28, используют в комбинации с радиочастотным генератором 29 для инициации реакции посредством повышения температуры в камере 22 в течение стартовой фазы генератора и для помощи в регулировке количества производимой теплоты.
Для специального управления различными компонентами теплогенератора 20 и, таким образом, всей его работы обеспечен управляющий блок 37. В предпочтительном варианте осуществления управляющий блок 37 выполнен с возможностью управления входным потоком водорода через инжектор 27 (например, при помощи управления клапаном 26), а также радиочастотным генератором 29. В предпочтительном варианте осуществления управляющий блок 37 также выполнен с возможностью измерения температуры внутренней части 21 с помощью использования интегрального температурного датчика 38.
Теплоту от теплогенератора 20 передают на систему 40 для преобразования энергии в соответствии с настоящим изобретением с помощью использования внутреннего контура 32 текучей среды с приводом от внутренней гидравлической системы 33, теплообменника 34 и внешнего контура 35 текучей среды с приводом от внешней гидравлической системы 36. Внутренний контур 32 текучей среды состоит из контура охлаждающей текучей среды с замкнутым циклом, полностью заключенного в теплоизоляционную оболочку 30. Внутренний контур 32 текучей среды проходит через оболочку камеры 22 реактора таким образом, что теплоту от тепловых реакций в камере передают на охлаждающую текучую среду в нем.
Нагретую охлаждающую текучую среду передают внутри внутреннего контура 32 текучей среды через теплообменник 34, который расположен внутри оболочки 30, как показано на фиг. 3. Теплообменник 34 передает теплоту на внешний контур 35 текучей среды, состоящий из контура 35 горячей текучей среды, для нагрева в нем рабочей текучей среды для преобразования в системе 40 для преобразования энергии. Поскольку все операции теплогенератора 20 работают в закрытых циклах, не производятся никакие выбросы любого сорта, за исключением незначительных уровней гамма излучения, которое того же порядка величины, что и естественный радиационный фон.
Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления теплогенератор 20 и система 40 для преобразования энергии, которые описаны более подробно ниже, могут быть объединены в единый узел, в котором теплота от теплогенератора 20 прямо передается на систему 40 для преобразования энергии без потребности в какой либо рабочей или охлаждающей текучей среде.
С. Система для преобразования энергии
Настоящее изобретение использует систему 40 для преобразования энергии, чтобы преобразовывать теплоту, созданную теплогенератором 20, в энергию. Система 40 для преобразования энергии может состоять из различных конфигураций, таких как термоэлектрический преобразователь, работающий в закрытом цикле, для преобразования теплоты, произведенной теплогенератором 20, в электричество, которое может храниться в системе 50 для хранения энергии. В соответствии с другими вариантами осуществления система 40 для преобразования энергии может состоять из термокинетического преобразователя, который работает в закрытом цикле, для преобразования теплоты, произведенной теплогенератором 20, во вращательное движение, которое может храниться в системе 50 для хранения энергии.
Система 40 для преобразования энергии в соответствии с настоящим изобретением в целом будет содержать по меньшей мере один двигатель 41 Стирлинга для производства линейного движения из теплоты, по меньшей мере один поршневой компрессор 42 одинарного действия или вентилятор, увеличивающий давление рабочей текучей среды из линейного движения двигателя 41 Стирлинга, турбину 48, производящую вращательное движение из сжатой текучей среды, и роторный электрический генератор 49, производящий электричество из вращения турбины 48.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, как показано на фиг. 4, система 40 для преобразования энергии состоит из первого двигателя 41а Стирлинга и второго двигателя 41b Стирлинга, которые выполнены в виде динамически сбалансированных и противоположных пар для снижения вибраций и шумов. Двигатели 41(а,b) Стирлинга принимают нагретую рабочую текучую среду от внешнего контура 35 текучей среды теплоизоляционной оболочки 30, который приводится внешней гидравлической системой 36.
Первый компрессор 42а соединен с первым двигателем 41а Стирлинга, а второй компрессор 42b соединен со вторым двигателем 41b Стирлинга. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления компрессоры 42 состоят из поршневых компрессоров одинарного действия или вентиляторов, которые связаны с туробгенератором 47, который содержит турбину 48 и роторный генератор 49.
Теплота от теплогенератора 20, переданная через контур 35 горячей текучей среды, питает каждый из двигателей 41 Стирлинга посредством содержания расширительных цилиндров обоих двигателей при высокой температуре, в то время как охлаждающую текучую среду передают на двигатели 41 через холодную гидравлическую систему 45 для содержания каждого цилиндра сжатия при низкой температуре.
Двигатели 41 Стирлинга хорошо известны в области техники, и их различные конфигурации, известные, как эффективные в использовании, могут использоваться с настоящим изобретением. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления двигатель 41 Стирлинга состоит из известного двигателя 41 вытеснительного типа со свободным поршнем, в котором силовой поршень приводит поршневой компрессор 42 одинарного действия. Двигатели 41 Стирлинга, компрессоры 42 и турбогенератор 47 используют одну и ту же рабочую текучую среду, обычно состоящую из газообразного гелия. Гидравлические системы 36, 45 регулируют температуру работы и, таким образом, эффективность преобразования энергии, и управляют ею.
Радиатор 46 связан с внешней гидравлической системой 36 для удаления всей остальной неиспользованной теплоты наружу электрического транспортного средства. Все операции системы для преобразования энергии работают в закрытом цикле для предотвращения таким образом каких-либо выбросов любого типа.
В отношении системы 40 для преобразования энергии изобретателем были рассмотрены множественные альтернативные варианты осуществления. Например, в соответствии с одним таким альтернативным вариантом осуществления система 40 для преобразования энергии может состоять из двигателя 41 Стирлинга со свободным поршнем, производящим линейное движение из теплоты, и линейный генератор переменного тока, производящий электричество из линейного движения двигателя 41 Стирлинга.
В соответствии с другим вариантом осуществления система 40 для преобразования энергии может состоять из термокинетического преобразователя, работающего в закрытом цикле, для преобразования теплоты, произведенной теплогенератором 20, в кинетическую энергию для хранения в системе 50 для накопления энергии. Такая конфигурация будет состоять из двигателя 41 Стирлинга, одного компрессора 42, повышающего давление рабочей текучей среды из линейного движения двигателя 41, и турбины 48, производящей вращательное движение из сжатой текучей среды таким образом, что кинетическая энергия может сохраняться в маховиковой системе 50 для хранения энергии.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления система 40 для преобразования энергии может состоять из парового турбогенератора, содержащего испаритель, преобразующий жидкую воду в пар высокого давления, используя теплоту от рабочей текучей среды, турбины 48, производящей вращательное движение из пара высокого давления, роторного электрического генератора 49, производящего электричество из вращения турбины, и конденсатора, использующего охлаждающую текучую среду для преобразования группы высокого давления, выходящей из турбины 48 обратно в жидкую воду для начала цикла обратно в испаритель. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления пар и жидкую воду могут заменять на двуокись углерода в сверхкритическом состоянии в качестве рабочей текучей среды, как показано на фиг. 8.
В соответствии с другим альтернативным вариантом система 40 для преобразования энергии может состоять из термоэлектрического преобразователя, состоящего из парового двигателя с использованием вторичной теплоты, работающего по принципу цикла Ренкина, работающего в закрытом цикле, таком как общеизвестный двигатель "с циклом Щолля", который преобразует теплоту во вращательное движение, которое может храниться в системе 50 для хранения энергии или преобразовываться в электричество.
В соответствии с другим альтернативным вариантом используют термоэлектрический преобразователь, состоящий из термобатарейного узла, использующего эффект Зеебика или Пельтье для преобразования температурной разницы между нагретой передаточной текучей средой и охлаждающей текучей средой в электрическую разность потенциалов.
В соответствии с последним альтернативным вариантом используют термоэлектрический преобразователь энергии Джонсона, состоящий из твердотельного теплового двигателя, который основан на фоторазложении и рекомбинации водорода в топливных элементах с использованием приблизительного цикла Эрикссона, тем самым производя электричество из теплоты.
D. Система для хранения энергии
Настоящее изобретение использует систему 50 для хранения энергии для хранения энергии, произведенной посредством системы 40 для преобразования энергии. С настоящим изобретением могут быть использованы различные системы 50 для хранения энергии, включая электрические батареи, маховиковые системы для хранения кинетической энергии или их комбинации.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления система 50 для хранения энергии состоит из узла, содержащего электрические батареи, выполненные с возможностью хранения электричества, произведенного системой 40 для преобразования энергии. Рабочую температуру батарей могут отслеживать с помощью термометра и регулировать с помощью системы для температуры батарей, которая использует теплоту от нагретой рабочей текучей среды и охлаждение от охлаждающей жидкости, произведенных теплогенератором 20 и охлаждающей системой 60, соответственно.
E. Охлаждающая система
На фиг. 5 иллюстрирован примерный вариант осуществления охлаждающей системы 60 для использования с настоящим изобретением. В предпочтительном варианте осуществления охлаждающая система 60 состоит из абсорбционного холодильника, который используют для производства полезного охлаждения из избыточной теплоты теплогенератора 20 для улучшения эффективности системы 40 для преобразования энергии и для обеспечения источника охлаждения для регулировки температуры системы 50 для хранения энергии и, в некоторых случаях, системы для кондиционирования воздуха для транспортного средства.
Охлаждающая система 60 в целом содержит испаритель 61, в котором холодильная текучая среда испаряется в среде низкого парциального давления, тем самым извлекая теплоту из своего окружения и охлаждая охлаждающую текучую среду. Газообразную холодильную текучую среду абсорбируют и растворяют в жидком абсорбирующем растворе внутри абсорбера 62, тем самым снижая ее парциальное давление внутри испарителя 61 и обеспечивая возможность испарения большего количества жидкой холодильной текучей среды.
Жидкий абсорбирующий раствор передают с помощью насоса 63 на теплообменный бойлер 64, где его нагревают, вызывая испарение растворенной холодильной текучей среды, как показано на фиг. 5. Затем испаренную текучую среду конденсируют с помощью конденсатора 65, используя охлаждающую воду для пополнения подачи жидкой холодильной текучей среды в испаритель. Охлаждающая система 60 использует как охлаждающий контур 66, так и охлаждающий передаточный контур 67 для передачи текучей среды и, таким образом, теплоты и охлаждения в охлаждающую систему 60 и из нее.
В соответствии с альтернативным вариантом осуществления охлаждающая система 60 может состоять из пассивного или активного водно-воздушного радиатора. В соответствии с указанным активным вариантом осуществления для улучшения охлаждающих характеристик охлаждающей системы 60 могут использовать электрический вентилятор.
В соответствии с другим альтернативным вариантом осуществления охлаждающая система 60 может состоять из пассивного или активного теплоотвода на основании теплообменника, использующего воздух или воду, доступные снаружи электрического транспортного средства, как источник охлаждения.
F. Центральная управляющая система
Настоящее изобретение содержит центральную управляющую систему 70 для регулировки всей работы всей системы 10. Управляющая система 70 выполнена с возможностью включения теплогенератора 70, когда запускают транспортное средство, или когда система 50 для хранения находится ниже своей максимальной емкости. Управляющая система 70 также выполнена с возможностью выключения теплогенератора 20, когда система 50 для хранения энергии достигла своей максимальной емкости.
Управляющая система 70 может состоять из различных компонентов. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления она будет выполнена с возможностью отправки команд на управляющий блок 37 теплогенератора 20 для включения/выключения теплогенератора 20 для регулировки количества производимой теплоты. В соответствии с дополнительным вариантом осуществления она будет выполнена с возможностью управления гидравлическими системами 33, 36, 45 для организации потоков нагретой передаточной текучей среды и охлаждающей текучей среды на всем протяжении настоящего изобретения.
Управляющая система 70 также будет действовать с возможностью взаимодействия с системами для регулировки температуры, таких как для системы 50 для хранения энергии, для повышения или понижения температуры батарей по требованию. Наконец, управляющая система 70 будет взаимодействовать с системой для кондиционирования воздуха транспортного средства для повышения или понижения температуры воздуха внутри этого транспортного средства.
G. Транспортные средства
Настоящее изобретение можно использовать с широким диапазоном транспортных средств 16, таких как автобусы, грузовые автомобили, суда, поезда, самолеты, вертолеты, другие летательные аппараты и тому подобное. В предпочтительном варианте осуществления настоящее изобретение выполнено с возможностью использования с электрическим автомобилем 16, что обеспечивает возможность увеличенного рабочего запаса хода в несколько тысяч миль на одну заправку. Вес транспортного средства 16 может быть снижен за счет уменьшения размера и емкости батарей 19, необходимых для достижения требуемого запаса хода, тем самым улучшая маневренность и относительные технические данные этого транспортного средства. На фиг. 6а и 6b иллюстрирован примерный вариант осуществления настоящего изобретения при использовании в автомобиле. На фиг. 7 иллюстрирован примерный вариант осуществления настоящего изобретения при использовании в летательном аппарате.
Транспортное средство 16 будет сконструировано с возможностью оснащения теплогенератором 20, системой 40 для преобразования энергии, системой 50 для хранения энергии, охлаждающей системой 60 и центральной управляющей системой 70 в пределах площади его грузового пространства. Настоящее изобретение может быть использовано с возможностью приведения электрического двигателя 18 транспортного средства 16 и обеспечения энергии, подлежащей хранению в электрической батарее 19 транспортного средства 16.
Настоящее изобретение также может быть использовано для увеличения эффективности системы 17 для кондиционирования воздуха транспортного средства 16 и/или регулировки температуры электрических батарей 19 транспортного средства 16. Благодаря использованию избыточной теплоты, созданного посредством теплогенератора 20, в комбинации с дополнительной охлаждающей текучей средой можно регулировать температуру электрических батарей 19 и/или системы 17 для кондиционирования воздуха транспортного средства 16, часто в комбинации с центральной управляющей системой 70. Таким образом, могут быть снижены или полностью исключены существенные недостатки в работе электрических транспортных средств 16.
Н. Работа альтернативного варианта осуществления
На фиг. 8 иллюстрирован альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения, в котором для функциональных возможностей преобразования энергии настоящего изобретения использован турбогенератор 80 двуокиси углерода в сверхкритическом состоянии, работающий по закрытому циклу Брайтона. Цикл Брайтона хорошо известен из уровня техники, как термодинамический цикл, используемый в связи с тепловыми двигателями и газовыми турбинами с закрытым циклом.
В соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения турбогенератор 80 термически соединен с теплогенератором 20 в соответствии с настоящим изобретением через контур 35, 88 горячей текучей среды, который в комбинации с теплообменником 34, 87 передает теплоту от теплогенератора 20 на турбогенератор 80 для преобразования в энергию.
Могут быть использованы различные типы турбогенераторов 80. Предпочтительный вариант осуществления показан на фиг. 8, который содержит насос 81, рекуператор 82, турбину 86 и конденсатор 83, соединенные через один и тот же контур 88 горячей текучей среды, который термически связан через теплообменник 87 с теплогенератором 20 в соответствии с настоящим изобретением. Насос 81 действует с возможностью нагнетания текучей среды в сверхкритическом состоянии через контур 88.
Рекуператор 82 используют для предварительного нагрева текучей среды до ее входа в теплообменник 34, 87 с теплогенератором 20. Рекуператор 82 также предварительно охлаждает текучую среду до ее входа в конденсатор 83, который связан через охлаждающий контур 89 с охлаждающим водоснабжением и охлаждающей водоотдачей.
Редуктор 85 и генератор 84 соединены с турбиной 86 для производства энергии, которую затем могут передавать на систему 50 для хранения энергии, электрический двигатель 18, электрическую батарею 19 и/или как дополнительное питание для теплогенератора 20.
Если не указано иное, все технические и научные термины, используемые в настоящем документе, имеют то же значение, как и обычно понимаемое специалистом в области техники, к которой это изобретение принадлежит. Хотя в практическом осуществлении или тестировании настоящего изобретения могут быть использованы способы и материалы, аналогичные или эквивалентные описанным в настоящем документе, подходящие способы и материалы были описаны выше. Полное содержание всех публикаций, патентных заявок, патентов и других ссылок, упомянутых в настоящем документе, включено посредством ссылки в той степени, которая допускается действующим законодательством и положениями. В случае противоречий будет регулировать настоящая спецификация, включая определения. Настоящее изобретение может быть воплощено в других конкретных формах без отхода от его сущности или существенных признаков, и, следовательно, требуется рассматривать настоящий вариант осуществления во всех отношениях, как иллюстративный, а не ограничительный. Любые заголовки, использованные в описании, приведены только для удобства и не имеют какого либо юридического или ограничивающего эффекта.
1. Электрический автомобиль, содержащий низкоэнергетическую ядерную термоэлектрическую систему, содержащую:
теплогенератор, выполненный с возможностью создания теплоты с помощью низкоэнергетической ядерной реакции;
систему для преобразования энергии, выполненную с возможностью преобразования теплоты, созданной теплогенератором, в электричество;
контур горячей текучей среды для передачи теплоты от теплогенератора на систему для преобразования энергии;
электрическую батарею для хранения электричества для питания указанного автомобиля, при этом питание автомобиля осуществляется только от указанной батареи;
охлаждающую систему для охлаждения системы для преобразования энергии и электрической батареи и
центральную управляющую систему.
2. Электрический автомобиль по п. 1, в котором указанная низкоэнергетическая ядерная реакция содержит реакцию никелевого порошка с водородом.
3. Электрический автомобиль по п. 1 или 2, в котором теплогенератор содержит камеру реактора, резервуар для хранения водорода и водородный инжектор, соединяющий камеру реактора с резервуаром для хранения водорода.
4. Электрический автомобиль по п. 3, в котором теплогенератор содержит газовый нагнетатель, присоединенный между резервуаром для хранения водорода и водородным инжектором.
5. Электрический автомобиль по п. 1, в котором теплогенератор содержит нагреватель и радиочастотный генератор.
6. Электрический автомобиль по п. 1, в котором система для преобразования энергии содержит турбогенератор двуокиси углерода в сверхкритическом состоянии, выполненный с возможностью работы по циклу Брайтона.
7. Электрический автомобиль по п. 1, в котором система для преобразования энергии содержит паровую турбину и генератор переменного тока для преобразования теплоты в энергию на основе цикла Ренкина.
8. Электрический автомобиль по п. 1, в котором система для преобразования энергии содержит термоэлектрический генератор, выполненный с возможностью преобразования теплоты в энергию на основе эффекта Зеебика.
9. Электрический автомобиль по п. 1, дополнительно содержащий охлаждающий контур, присоединенный к системе для преобразования энергии, охлаждающей системе и электрической батарее.
10. Электрический автомобиль, содержащий низкоэнергетическую ядерную термоэлектрическую систему, содержащую:
теплогенератор, выполненный с возможностью производства теплоты с помощью низкоэнергетической ядерной реакции;
систему для преобразования энергии, выполненную с возможностью преобразования теплоты, созданной теплогенератором, в электричество, при этом указанная система для преобразования энергии состоит из: по меньшей мере одного теплового двигателя для производства линейного движения из теплоты, по меньшей мере одного компрессора для увеличения давления рабочей текучей среды, турбины и роторного электрического генератора;
электрическую батарею для хранения электричества для питания указанного автомобиля, при этом питание автомобиля осуществляется только от указанной батареи;
охлаждающую систему для охлаждения системы для преобразования энергии и электрической батареи и
центральную управляющую систему.
11. Электрический автомобиль по п. 10, в котором указанный по меньшей один тепловой двигатель содержит первый двигатель Стирлинга и второй двигатель Стирлинга.
12. Электрический автомобиль по п. 10 или 11, в котором указанный по меньшей один компрессор содержит первый поршневой компрессор одинарного действия и второй поршневой компрессор одинарного действия.
13. Электрический автомобиль по п. 12, в котором первый поршневой компрессор одинарного действия содержит первый двигатель Стирлинга, а второй поршневой компрессор одинарного действия соединен со вторым двигателем Стирлинга.
14. Электрический автомобиль по п. 11, дополнительно содержащий контур горячей текучей среды, соединяющий теплогенератор с первым двигателем Стирлинга и вторым двигателем Стирлинга.
15. Электрический автомобиль по п. 10, в котором указанный по меньшей один тепловой двигатель выбран из группы, состоящей из генератора Стирлинга, содержащего двигатель Стирлинга и линейный генератор переменного тока, и двигателя Стирлинга со свободным поршнем.
16. Электрический автомобиль по п. 10, в котором теплогенератор содержит камеру реактора, резервуар для хранения водорода и водородный инжектор, соединяющий камеру реактора с резервуаром для хранения водорода.
17. Электрический автомобиль по п. 16, в котором теплогенератор дополнительно содержит газовый нагнетатель, присоединенный между резервуаром для хранения водорода и водородным инжектором, а также указанный теплогенератор дополнительно содержит нагреватель и радиочастотный генератор.
18. Электрический автомобиль по п. 10, дополнительно содержащий охлаждающий контур, присоединенный между системой для преобразования энергии и охлаждающей системой.
19. Низкоэнергетическая ядерная термоэлектрическая система для транспортного средства, содержащая:
транспортное средство, причем указанное транспортное средство содержит одну или большее количество электрических батарей и систему для кондиционирования воздуха;
теплогенератор, выполненный с возможностью производства теплоты с помощью реакции никелевого порошка с водородом, причем теплогенератор состоит из камеры реактора, резервуара для хранения водорода и водородного инжектора, соединяющего камеру реактора с резервуаром для хранения водорода, указанный теплогенератор дополнительно состоит из газового нагнетателя, присоединенного между резервуаром для хранения водорода и водородным инжектором, указанный теплогенератор дополнительно состоит из нагревателя и радиочастотного генератора, указанный теплогенератор заключен в теплоизоляционную оболочку, при этом указанная теплоизоляционная оболочка содержит экран высокой плотности, а также указанный теплогенератор содержит внутренний контур текучей среды для передачи теплоты внутри этого теплогенератора;
центральную управляющую систему;
систему для преобразования энергии, выполненную с возможностью преобразования теплоты, созданной теплогенератором, в электричество, при этом эта система для преобразования энергии состоит из первого двигателя Стирлинга и второго двигателя Стирлинга для производства линейного движения из теплоты, первого поршневого компрессора одинарного действия и второго поршневого компрессора одинарного действия для увеличения давления рабочей текучей среды, турбины и роторного электрического генератора, причем первый поршневой компрессор одинарного действия соединен с первым двигателем Стирлинга, а второй поршневой компрессор одинарного действия соединен со вторым двигателем Стирлинга;
контур горячей текучей среды для передачи теплоты от теплогенератора на систему для преобразования энергии;
систему для хранения энергии для хранения электричества для питания указанного транспортного средства;
охлаждающую систему для охлаждения системы для преобразования энергии и системы для хранения энергии; и
охлаждающий контур, присоединенный между системой для преобразования энергии и охлаждающей системой;
причем теплогенератор термически связан с системой для кондиционирования воздуха, указанный охлаждающий контур термически связан с системой для кондиционирования воздуха, а центральная управляющая система выполнена с возможностью направления по меньшей мере первой части теплоты, произведенной теплогенератором, в систему для кондиционирования воздуха для обеспечения горячего воздуха для этой системы кондиционирования воздуха;
причем теплогенератор термически связан с указанной одной или большим количеством электрических батарей, указанный охлаждающий контур термически связан с указанной одной или большим количеством электрических батарей, а центральная управляющая система выполнена с возможностью регулировки температуры указанной одной или большего количества электрических батарей посредством управления по меньшей мере второй частью теплоты, произведенной теплогенератором, и по меньшей мере частью охлаждающей жидкости указанного охлаждающего контура.
20. Низкоэнергетическая ядерная термоэлектрическая система для транспортного средства по п. 19, в которой указанное транспортное средство выбрано из группы, состоящей из электрического автомобиля, электрического самолета, электрического судна и электрического поезда.
21. Транспортное средство, содержащее низкоэнергетическую ядерную термоэлектрическую систему по любому из пп. 19-20.
