Воздухонезависимый термомагнитный двигатель для подводных лодок

Изобретение относится к устройствам для получения механической и/или электрической энергии с помощью термомагнитного эффекта, которые предназначены к применению в основном на подводных лодках. Технический результат – повышение эффективности работы двигателя, а также возможность получения механической и электрической энергии без использования воздуха. Воздухонезависимый термомагнитный двигатель для подводных лодок содержит подвижный элемент, выполненный с возможностью вращения вокруг своей оси, ферромагнетики, постоянный магнит, вал и трубопроводы для подвода и отвода теплоносителя. Подвижный элемент выполнен в виде кольца и содержит постоянный магнит. По периметру кольца смонтирована теплоотводящая лента, поверх которой смонтированы ферромагнетики. Кольцо приводится во вращение магнитными силами, возникающими в результате градиента температур ферромагнетиков, обеспечиваемого теплоносителем. Особенность изобретения заключается в том, что нагрев и охлаждение теплоносителя осуществляется за счет экзотермической и эндотермической химических реакций, протекающих в химических реакторах. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для получения механической и/или электрической энергии без использования кислорода с помощью термомагнитного эффекта, которые предназначены к применению в основном на подводных лодках [B63G 8/00, B63G 8/08, F25B 21/00, H02N 10/00].

Из уровня техники известен ТЕРМОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ПРОТИВОПОЛОЖНЫМ МАГНИТОМ [JP2002281774 А, опубл. 27.09.2002], содержащий изготовленный из термочувствительного материала свободно вращающийся барабан цилиндрической формы, магнит, состоящий из двух частей расположенных внутри и снаружи барабана так что как магнитные полюса расположены друг напротив друга на внутренней и внешней периферийных поверхностях барабана, области нагрева, которая образуется путем нагрева одной части вращающегося барабана, и области охлаждения, которая формируется путем охлаждения другой, вращающегося барабана. В этом случае вращающийся барабан должен вращаться под действием максвелловского напряжения, создаваемого разницей температур между областями нагрева и охлаждения.

Недостатком аналога является малые прочностные свойства барабана, обусловленные изготовлением последнего из термочувствительного материала, а также отсутствие устройства, уменьшающего градиент температур в термочувствительном материале и использование кислорода при изменении температуры термочувствительного материала.

Из уровня техники также известен МАГНИТОТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ [RU149344 U1, опубл. 27.12.2014], который содержит статор, выполненный в виде двух параллельных неподвижных дисков из неметаллического материала, магнитную систему из двух разнополюсных постоянных магнитов, размещенных на краях дисков статора и обращенных один к другому с образованием межполюсного зазора, вал, расположенный соосно статору с возможностью вращения, ротор, выполненный в виде диска, установленного на валу между дисками статора и снабженного активными элементами, выполненными в виде ферромагнитных пластин, прикрепленных к диску ротора по его окружности с возможностью прохождения через межполюсной зазор при его вращении, узел подачи теплоносителя и узел подачи хладагента, отличающийся тем, что постоянные магниты выполнены с межполюсным зазором, состоящим по его длине из суживающегося по направлению вращения диска ротора участка и участка с постоянным сечением. Недостатком аналога является сложность конструкции, обусловленная наличием статора в виде двух параллельных неподвижных дисков, а также отсутствие устройства, уменьшающего градиент температур в ферромагнитных пластинах и использование кислорода при изменении температуры ферромагнитных пластин. Наиболее близким по технической сущности является ТЕРМОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ [RU2044159 С1, опубл. 20.09.1995], который содержит подвижный диск, рабочие элементы из ферромагнитного материала, закрепленные по кругу на краю диска, постоянный магнит, зафиксированный над рабочими элементами, и вал, жестко связанный с диском и совпадающий с его осью, трубопроводы для холодной и горячей жидкостей, дополнительный постоянный магнит, размещенный под основным постоянным магнитом под кругом рабочих элементов таким образом, что основной и дополнительный магниты располагаются одноименными полюсами друг к другу» причем рабочие элементы располагаются на диске по окружности с минимальными зазорами между ними, рабочие элементы нагреваются у кромки магнитов от горячей жидкости.

Основной технической проблемой прототипа является отсутствие возможности уменьшения градиента температур в рабочих элементах (ферромагнетике), что приводит к перегреву рабочих областей и снижению надежности двигателя.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы двигателя, а также возможность получения механической и электрической энергии без использования воздуха.

Указанный технический результат достигается за счет того, что воздухонезависимый термомагнитный двигатель для подводных лодок, содержащий подвижный элемент, выполненный с возможностью вращения вокруг своей оси, ферромагнетики, постоянный магнит, вал и трубопроводы для подвода и отвода теплоносителя, отличающийся тем, что подвижный элемент выполнен в виде кольца, смонтированного на опорных роликах, размещенных в П-образных кронштейнах, смонтированных по кругу внутри корпуса лодки, в одном из упомянутых кронштейнов смонтирован постоянный магнит, по периметру кольца смонтирована теплоотводящая лента, поверх которой смонтированы ферромагнетики, кольцо приводится во вращение магнитными силами, возникающими в результате градиента температур ферромагнетиков, создаваемого путем подвода и отвода теплоносителя, подаваемого по трубопроводам к радиаторам нагрева и охлаждения, упомянутые радиаторы смонтированы по периметру вблизи кольца на неподвижных опорах, при этом нагрев и охлаждение теплоносителя осуществляется за счет экзотермической и эндотермической химических реакций, протекающих в химических реакторах, к которым подключены упомянутые радиаторы трубопроводами, путем смешения в них химических веществ.

В частности, радиатор нагрева смонтирован вблизи постоянного магнита.

В частности, вращение кольца передается на вал генератора с помощью зубчатой передачи.

В частности, передача механической энергии вращательного движения кольцевого элемента на генератор электроэнергии осуществляется через механизм свободного хода.

В частности, двигатель, за исключением ферромагнетиков и постоянного магнита, изготовляется из немагнитных материалов.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 показан вид спереди воздухонезависимого термомагнитного двигателя для подводных лодок.

На фиг. 2 показан воздухонезависимый термомагнитный двигатель для подводных лодок в поперечном разрезе.

На фиг. 3 представлена схема узла подвода тепла.

На фигурах обозначено: 1 - П-образные кронштейны, 2 - корпус, 3 - опорные ролики, 4 - постоянный магнит, 5 - кольцо, 6 - ферромагнетики, 7 - теплопроводящая лента, 8 - зубчатая передача, 9 - механизм свободного хода, 10 - генератор, 11 - маховик, 12 - радиатор нагрева, 13 - насос, 14 - химический реактор, 15 - арматура, 16 - емкость с первым химическим веществом, 17 - емкость со вторым химическим веществом, 18 - сборная емкость.

Осуществление изобретения.

Воздухонезависимый термомагнитный двигатель для подводных лодок состоит из неподвижной части, включающей, по крайней мере, три П-образных кронштейна 1, закрепленные по кругу на равном угловом расстоянии друг от друга внутри корпуса 2 подводной лодки, и подвижной части, выполненной в виде кольца 5, которое опирается на опорные ролики 3, смонтированные в упомянутых кронштейнах 1 с возможностью совершения кругового движения вдоль П-образных кронштейнов 1. В основании внутри одного из П-образных кронштейнов 1 смонтирован постоянный магнит 4. По внешней окружности кольца 5 смонтирован теплопроводящий слой, выполненный, например, из теплопроводящей ленты 7, на которой и на кольце 5 смонтированы ферромагнетики 6. На внутренней поверхности кольца 5 по периметру смонтирована зубчатая рейка (на фигурах не показана), которая находится в зацеплении с зубчатой передачей 8, для передачи вращательного движения кольца 5, через механизм свободного хода 9 на вал генератора 10 электроэнергии. На валу генератора 10 смонтирован маховик 11.

В месте расположения постоянного магнита 4 расположен узел подвода тепла к ферромагнетикам 6, который нагревает последние до точки Кюри (см.Фиг.3). Узел подвода тепла включает в себя конструктивно соединенные между собой постоянный магнит 4 и радиатор нагрева 12 из теплопроводящего материала, образующие тепловую камеру.

Радиатор нагрева 12 подключен к замкнутому контуру циркуляции теплоносителя, на котором также расположены насос 13 и химический реактор 14, к которому через трубопроводы с регулирующей арматурой 15 подключены три емкости: емкость с первым химическим веществом 16, емкость со вторым химическим веществом 17 и сборная емкость 18. Источником энергии в узле подвода тепла является экзотермическая химическая реакция, которая происходит без использования воздуха (кислород дефицит на подводной лодке), и при минимальном использовании электроэнергии, необходимой для управления химической реакцией. Вещества для химической реакции (реактивы) хранятся в емкости с первым реактивом 16 и емкости со вторым реактивом 17, сообщающихся с химическим реактором 14, к которому отдельно подключена сборная емкость 18, предназначенная для сброса продуктов химической реакции. Тепло от химического реактора 14 подогревает проходящий через него теплоноситель, который посредством насоса 13 доставляется к радиатору нагрева 12.

Для охлаждения ферромагнетиков 6 до температуры, при которой восстанавливаются их магнитные свойства, по периметру кольца 5 в неподвижной части двигателя расположен узел охлаждения (на фигурах не показан), выполненный с возможностью отведения тепла от ферромагнетиков 6.

Узел охлаждения может быть выполнен аналогично узлу подогрева и охлаждать ферромагнетики 6 через радиатор охлаждения. В другом варианте исполнения контур может быть выполнен разомкнутым и охлаждение ферромагнетиков 6 осуществляется через непосредственный контакт с холодным теплоносителем (жидким или газообразным), который затем собирается по снова поступает в контур узла охлаждения.

Для отвода тепла от ферромагнетиков 6 в узле охлаждения применяется эндотермическая химическая реакция. Часть узла охлаждения, в котором проходят химические реакции, выполняется аналогично узлу повода тепла.

Воздухонезависимый термомагнитный двигатель для подводных лодок работает следующим образом.

Устойчивая работа двигателя, не зависящая от внешних условий, достигается применением для подогрева и охлаждения ферромагнетиков 6 экзотермической и эндотермической химических реакций соответственно, которые происходят без использования воздуха, и при минимальном использовании электроэнергии, что также упрощает дистанционное управление (пуск и остановку) двигателя. Для пуска двигателя открывают арматуру 15 узла подвода тепла и в химический реактор 14 подают из емкости с первым химическим веществом 16 и емкости со вторым химическим веществом 17 реактивы, которые вступают друг с другом в химическую реакцию с выделением тепла. Включают насос 13 и тепло посредством теплоносителя доставляют к радиатору нагрева 12, который в свою очередь нагревает ферромагнетики 6. Продукты химической реакции отводят в сборную емкость 18.

Одновременно с этим запускают узел охлаждения, который снимает избыточное тепло с ферромагнетиков 6 и возвращает им магнитные свойства, что при наличии постоянного магнита 4 создает магнитную силу вращающую кольцо 5. Важно отметить, что тепловая энергия подается к двигателю и отводится от него без использования воздуха, а прикрепленная к ферромагнетикам 6 по всему периметру кольца 5 теплопроводящая лента 7 выравнивает градиент температур в ферромагнетиках 6 и уменьшает время нагрева последних, так как подходящий к постоянному магниту 4 ферромагнетик 6 уже несколько нагрет от теплопроводящей ленты 7, что дополнительно обеспечивает плавность работы двигателя. В качестве материала для ферромагнетиков 6 используют гадолиний с точкой Кюри 19°С. Сам двигатель, за исключением ферромагнетиков 6 и постоянного магнита 4, изготавливают из немагнитных материалов.

В качестве реактивов для экзотермической химической реакции могут использоваться различные вещества, например, сера и кислород (S+O₂). В эндотермической химической реакции также могут использоваться различные вещества, например, нитрат аммония и гидроксид бария (NH4NO₃+Ba(OH)₂).

Технический результат изобретения - повышение эффективности работы двигателя, достигается путем уменьшения энергозатрат на нагрев ферромагнетиков 6 и повышения плавности работы двигателя за счет применения теплопроводящей ленты 7, которая будучи смонтированной по всему периметру кольца 5 под ферромагнетиками 6 уменьшает температурный градиент в ферромагнетиках 6 и уменьшает время нагрева последних, так как подходящий к постоянному магниту 4 ферромагнетик 6 уже несколько нагрет от теплопроводящей ленты 7. Кроме того, применение экзотермической и эндотермической химических реакций для, соответственно, нагрева и охлаждения ферромагнетиков 6 позволяет получать механическую или электрическую энергию без использования воздуха.

1. Воздухонезависимый термомагнитный двигатель для подводных лодок, содержащий подвижный элемент, выполненный с возможностью вращения вокруг своей оси, ферромагнетики, постоянный магнит, вал и трубопроводы для подвода и отвода теплоносителя, отличающийся тем, что подвижный элемент выполнен в виде кольца, смонтированного на опорных роликах, размещенных в П-образных кронштейнах, смонтированных по кругу внутри корпуса лодки, в одном из упомянутых кронштейнов смонтирован постоянный магнит, по периметру кольца смонтирована теплоотводящая лента, поверх которой смонтированы ферромагнетики, кольцо приводится во вращение магнитными силами, возникающими в результате градиента температур ферромагнетиков, создаваемого путем подвода и отвода теплоносителя, подаваемого по трубопроводам к радиаторам нагрева и охлаждения, упомянутые радиаторы смонтированы по периметру вблизи кольца на неподвижных опорах, при этом нагрев и охлаждение теплоносителя осуществляется за счет экзотермической и эндотермической химических реакций, протекающих в химических реакторах, к которым подключены упомянутые радиаторы трубопроводами, путем смешения в них химических веществ.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что радиатор нагрева смонтирован вблизи постоянного магнита.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что вращение кольца передается на вал генератора с помощью зубчатой передачи.

4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что передача механической энергии вращательного движения кольцевого элемента на генератор электроэнергии осуществляется через механизм свободного хода.

5. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что двигатель, за исключением ферромагнетиков и постоянного магнита, изготовляется из немагнитных материалов.