ВОЗДУХОНЕЗАВИСИМЫЙ ТЕРМОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ПОДВОДНЫХ ЛОДОК
AIR-INDEPENDENT THERMOMAGNETIC ENGINE FOR SUBMARINES

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.
2
3
2
В качестве реактивов для экзотермической химической реакции могут использоваться различные вещества, например, сера и кислород (S+O). В эндотермической химической реакции также могут использоваться различные вещества, например, нитрат аммония и гидроксид бария (NH4NO+Ba(OH)).
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.