ЯДЕРНАЯ БАТАРЕЯ

Полезная модель относится к средствам преобразования энергии излучения радиоактивного вещества в электрическую энергию и может быть использована в качестве автономного источника электроэнергии.
Известно устройство для преобразования энергии излучения радиоактивного вещества в электрическую энергию, описанное в п. РФ №2130658 по кл. G21H 1/06, G21D 7/00, з. 11.06.97, оп. 20.05.99.
Известное устройство для превращения энергии радионуклидов в электрическую энергию, содержит емкость, выполненную из антирадиационного материала с размещенными в ней радионуклидами, соединенную проводами через трансформатор с потребителем электрической энергии, и отличается тем, что верхняя часть емкости выполнена в виде замкнутого короба, разделенного перегородкой на верхнюю и нижнюю полости, причем верхняя полость короба заполнена диэлектрическими ячейками, в которых размещены полупроводниковые вещества, образующие катоды с электронной проводимостью, последовательно соединенные контактами, и аноды с дырочной проводимостью, также последовательно соединенные контактами, образующие батарею элементов, а также вещество перехода, расположенное между анодом и катодом и контактирующее с ними, причем выводы электродов подсоединены к проводам, при этом нижняя полость короба вакуумирована для защиты элементов батареи от нагрева.
Недостатком известного устройства сложность защиты элементов батареи от нагрева (необходимо вакуумирование).
Известна локальная электростанция-преобразователь энергии излучения радиации вещества в электрическую энергию, описанная в одноименном патенте РФ №2182380 по кл. G21H 1/06, G21D 7/00, з. 21.09.2000 г., оп. 10.05.2002 г. и выбранная в качестве прототипа.
Известная локальная электростанция-преобразователь содержит свинцовый корпус, радиоактивное вещество и расположенные вертикально либо горизонтально фотоэлектробатареи, обладающие дырочной проводимостью и выполненные в два либо четыре ряда, при этом электростанция выполнена с возможностью преобразования энергии излучения радиоактивного вещества в энергию электрическую и отличается тем, что она дополнительно содержит теплообменник, выполненный из материала, пропускающего радиацию, в виде щелевой камеры с вентиляционными отверстиями в ее верхней и нижней частях для защиты от возможного перегрева фотоэлектробатарей и радиоактивного вещества, причем теплообменник расположен между фотоэлектробатареями и радиоактивным веществом с возможностью заполнения его камеры хладагентом, при этом на корпусе локальной электростанции вмонтирована сигнальная лампочка для наблюдения за получением электроэнергии, а в качестве радиоактивного вещества используют вещество, излучающее, например, γ-кванты.
Применение только фотобатарей в совокупности с использованием вещества, излучающего только γ-кванты, дает возможность получать постоянный ток при небольшой мощности электростанции, что существенно сужает ее эксплуатационные возможности. Малая мощность обусловлена использованием в качестве преобразующих энергию фотоэлектробатарей, применяемых, как правило, для преобразования солнечной радиации в электрическую.
Задачей является расширение эксплуатационных возможностей устройства преобразования энергии.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве преобразования энергии, выполненном с возможностью преобразования энергии излучения радиоактивного вещества в энергию электрическую, содержащем защитный корпус, радиоактивное вещество, расположенные горизонтально преобразователи одного вида энергии в другой, теплообменник с вентиляционными отверстиями в противолежащих частях для защиты от возможного перегрева преобразователей, сигнализатор работы батареи, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, корпус выполнен в виде полого цилиндра из немагнитного материала, закрыт с противоположных сторон съемными крышками, внутри корпуса на его стенке размещена с возможностью подключения к внешней электросети цилиндрическая электрическая катушка, вдоль его продольной оси расположен закрепленный с помощью магнитных элементов в крышках с возможностью вращения вал, на центральной части которого размещены перпендикулярно его продольной оси с промежутком между ними два вентилятора, входящие в теплообменник, элементами которого являются также выполненные в противолежащих сторонах корпуса симметрично с двух сторон два щелевых отверстия, на наружных сторонах вентиляторов расположен соразмерный с электрической катушкой полый цилиндрический постоянный магнит, выполненный наборным из секторов с чередованием полюсов в соседних секторах, при этом на поперечной оси вала размещен в промежутке между вентиляторами свинцовый реакторный отсек из симметрично расположенных по окружности элементов, внутри каждого из которых расположена трубка из стекла с высоким содержанием бора, заполненная водой, а внутри нее размещен со стороны вала свинцовый противовес с радиоактивным веществом, представляющих собой в совокупности с вращающимся валом, электрической катушкой и постоянным магнитом преобразователи энергии радиоактивного излучения в электрическую энергию в виде следующей цепочки - радиоактивного излучения радиоактивного вещества в свинцовом противовесе - в тепловую энергию воды в трубке из стекла - тепловой энергии в виде пара при испарении воды в трубке - в механическую энергию вращения вала - механической энергии вращения вала - в электрическую энергию электромагнитного поля катушки с постоянным магнитом, при этом в качестве сигнализатора работы батареи использован датчик температуры.
Выполнение корпуса устройства преобразования энергии полым из немагнитного материала со съемными крышками с расположенной на его внутренней стороне с возможностью подключения ее к электросети цилиндрической электрической катушкой при расположении вдоль его продольной оси закрепленного в крышках с помощью магнитных элементов с возможностью вращения полого вала с расположенными на нем вентиляторами в совокупности с креплением на наружной стороне вентиляторов соразмерного с катушкой постоянного магнита и выполнением последнего наборным из секторов с чередованием полюсов в соседних секторах и размещением на валу в промежутке между вентиляторами реакторного отсека, выполненного из симметрично расположенных по окружности элементов, внутри каждого из которых расположена трубка из стекла с высоким содержанием бора, заполненная водой, а внутри нее размещен со стороны вала свинцовый противовес с радиоактивным веществом, обеспечивает подачу электроэнергии на электрическую катушку и раскрутку вала с проведением тем самым включения устройства, и последующее преобразование энергии радиоактивного излучения в электрическую энергию по следующей цепочке: радиоактивное излучение радиоактивного вещества в свинцовом противовесе - в тепловую энергию воды в трубке из стекла - тепловой энергии в виде пара при испарении воды в трубке - в механическую энергию вращения вала - механической энергии вращения вала - в электрическую энергию электромагнитного поля катушки с постоянным магнитом и дает возможность получать электроэнергию при использовании в качестве радиоактивного вещества любых его видов.
Технический результат - возможность получения электрической энергии в виде переменного тока без использования фотобатарей и с использованием любого радиоактивного вещества, что расширяет эксплуатационные возможности устройства.
Заявляемое устройство преобразования энергии обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как выполнение корпуса в виде полого цилиндра из немагнитного материала, закрытого с противоположных сторон съемными крышками, размещение внутри корпуса на его стенке с возможностью подключения к внешней электросети цилиндрической электрической катушки, расположение вдоль его продольной оси закрепленного с помощью магнитных элементов в крышках с возможностью вращения вала, размещение на центральной части вала перпендикулярно его продольной оси с промежутком между ними двух вентиляторов, входящих в теплообменник, элементами которого являются также выполненные в противолежащих сторонах корпуса симметрично с двух сторон два щелевых отверстия, расположение на наружных сторонах вентиляторов соразмерного с электрической катушкой полого цилиндрического постоянного магнита, выполненного наборным из секторов с чередованием полюсов в соседних секторах, размещение на поперечной оси вала в промежутке между вентиляторами свинцового реакторного отсека из симметрично расположенных по окружности элементов, внутри каждого из которых расположена трубка из стекла с высоким содержанием бора, заполненная водой, размещение внутри трубки со стороны вала свинцового противовеса с радиоактивным веществом, представляющих собой в совокупности с вращающимся валом, электрической катушкой и постоянным магнитом преобразователи энергии радиоактивного излучения в электрическую энергию в виде следующей цепочки - радиоактивного излучения радиоактивного вещества в свинцовом противовесе - в тепловую энергию воды в трубке из стекла - тепловой энергии в виде пара при испарении воды в трубке - в механическую энергию вращения вала - механической энергии вращения вала - в электрическую энергию электромагнитного поля катушки с постоянным магнитом, использование в качестве сигнализатора работы батареи датчика температуры, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемое устройство преобразования энергии может найти широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве в качестве автономного источника электроэнергии и потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где представлены на:
- фиг. 1 - вид устройства преобразования энергии в вертикальном разрезе;
- фиг. 2 - вид устройства преобразования энергии в горизонтальном разрезе;
- фиг. 3 - вид устройства преобразования энергии с оправкой и болтом для его остановки.
1
n
Заявляемое устройство преобразования энергии содержит цилиндрический немагнитный корпус 1, закрытый с двух сторон съемными крышками 2 и 3. На внутренней стороне стенок корпуса 1 закреплена электрическая цилиндрическая катушка 4. Вдоль продольной оси корпуса 1 закреплен в крышках 2 и 3 с помощью магнитных подшипников 5 и 6 и магнитных элементов 7 и 8 в крышке 2 и 9, 10 в крышке 3 полый цилиндрический вал 11, с внутренней сквозной резьбой, на котором размещены симметрично вблизи крышек 2 и 3 соответственно два постоянных магнита 12 и 13 в виде плоских дисков. На центральной части вала 11 расположен перпендикулярно его продольной оси реакторный отсек 14, симметрично относительно которого сверху и снизу размещены два вентилятора 15 и 16, входящие в теплообменник, элементами которого являются также выполненные в противолежащих стенках корпуса 1 симметрично с двух сторон по два щелевых отверстия 17 и 18. На наружных сторонах вентиляторов 15 и 16 также расположен соразмерный с электрической катушкой 4 полый цилиндрический постоянный магнит 19. Этот магнит 19 выполнен наборным из секторов 19-19 с чередованием полюсов в соседних секторах. Свинцовый реакторный отсек 14 состоит из нескольких симметрично расположенных по окружности элементов 20. Внутри каждого из элементов 20 размещена трубка 21 из стекла с высоким содержанием бора, заполненная водой 22, а внутри него размещен со стороны вала 11 свинцовый противовес 23 с радиоактивным веществом 24, представляющих собой в совокупности с вращающимся валом 11, электрической катушкой 4 и постоянным магнитом 19 преобразователи энергии радиоактивного излучения в электрическую энергию. Батарея снабжена также датчиком 25 температуры и розеткой 26. Между свинцовым реакторным отсеком 14 и постоянными магнитами 19 находится теплоизоляционная прокладка 27 с теплоотражающей поверхностью. Крышки 2 и 3 крепятся к стенкам корпуса 1 болтами 28 и 29.
Для остановки устройства преобразования энергии требуется специальная оправка. На фиг. 3 изображены оправка 30 и болт 31.
Устройство преобразования энергии работает следующим образом.
Магниты 7 и 8 создают магнитные силы и этим отталкивают от себя магниты 9 и 10 расположенные на валу 11. Получающееся магнитное поле создает магнитную левитацию и не дает валу 11 касаться крышек 2 и 3.
1
2
1
2
Перед началом работы на электрическую розетку 26 из электросети (на чертежах не показана) подается электрический ток. Возникают электрические силы, которые воздействуют на постоянные магниты 19. Магниты 19 начинают раскручивать вал 11. При вращении вала 11 вентилятор 16 засасывает воздух через отверстия 18 и 18. Далее воздух проходит через реакторный отсек 14 и попадает в вентилятор 15. Вентилятор 15 выталкивает воздух наружу через отверстия 17 и 17. Температура выходящего воздуха контролируется с помощью датчика 25 температуры.
Как только частота вращения вала 11 достигнет рабочей величины, ток перестает подаваться и вал 11 продолжает вращаться за счет реакторного отсека 14. При вращении вала 11 под воздействием магнитных сил от постоянных магнитов 19 внутри электрической катушки 4 возникает электрический ток. На разрезе А-А фигуры 1 хорошо видно, что таких катушек - шесть. Два магнита 19 воздействуют на две катушки 4, замкнутые в одну электрическую сеть. Так как катушек шесть, то получается три параллельные электрические фазы, дающие электрический ток. Эти фазы можно сдвинуть на 120 градусов друг относительно друга, с помощью простейшей электрической схемы, обеспечивая тем самым получение трехфазного тока. Кроме того, полюса шести магнитов постоянно меняются местами, тем самым при вращении вала 11 получается переменный электрический ток. То есть данное устройство будет выдавать переменный трехфазный ток без какого либо дополнительного устройства. Этот ток подается на электрическую розетку 26.
При распаде радиоактивного вещества 24 оно выделяет заряженные частицы. Эти частицы поглощаются свинцовыми противовесами 23, водой 22, трубками 21 из стекла с высоким содержанием бора и свинцовым реакторным отсеком 14. При поглощении заряженных частиц начинает выделяться тепло. Это тепло нагревает воду 22 и превращает ее в пар. Пар толкает свинцовые противовесы 23 в сторону вала 11, тем самым увеличивая центростремительные силы, и вал 11 начинает быстрее вращаться. При вращении вала 11 возникают центробежные силы. Эти силы выталкивают свинцовые противовесы 23 в сторону от вала 11. Чем дальше противовесы 23 продвигаются в сторону от вала 11, тем медленнее начинает вращаться вал 11. Как только вал 11 замедляется, пар начинает сильнее толкать свинцовые противовесы 23 ближе к центру, увеличивая центростремительные силы, и вал 11 начинает ускоряться. Как только вал 11 начинает сильно ускоряться - центробежные силы начинают сильнее выталкивать противовесы 23 от центра и скорость вала 11 уменьшается. Такие процессы могут происходить постоянно на протяжении очень большого периода времени, что позволяет валу 11 вращаться довольно длительное время, пока система не выйдет из равновесия, либо когда не начнут истираться свинцовые противовесы 23. При вращении вала 11 вместе с ним вращается и постоянный наборный магнит 19, создавая ЭДС в электрической катушке 4, и вызывая появление тока, снимаемого на розетку 26.
Чтобы тепло не вредило работе постоянных магнитов, предусмотрена теплоизоляционная прокладка 27 с теплоотражающей поверхностью. Она отражает тепло от постоянных магнитов 19 обратно в реакторный отсек 14, а оттуда излишнее тепло отводится с помощью вентилятора 15.
При этом необходимо отметить следующее.
Свинец довольно мягкий металл. Его твердость по Бринеллю 5, а твердость стекла 300. Это означает, что свинец никогда не поцарапает стекло, сколько бы раз свинцовый противовес 23 не проходил по нему. Но также это означает, что свинец постепенно стирается, проходя по стеклу. Стираясь, свинец, начинает пропускать воду по стеклянной трубке 21 ближе к центру. Вода, попадая в другой конец трубки 21, тоже кипит и отталкивает противовес 23 уже от центра, из-за этого вал 11 останавливается. То есть необходимо делать профилактический ремонт до того, как противовес 23 сотрется и остановит батарею.
3
4
Постоянные магниты 19, как правило, делают из оксидов железа FeO под названием магнетит. Известно, что при воздействии высоких температур магнит начинает терять свои свойства. Такая температура названа точкой Кюри. Точка Кюри составляет 585°C и это означает, что раньше расплавятся свинцовые противовесы 23 (температура плавления свинца 328°C), чем постоянные магниты 19 начнут терять свои свойства из-за высокой температуры.
Для остановки устройства преобразования энергии корпус 1 ставится нижней крышкой 3 на оправку 30. После этого через отверстие в оправке продевается болт 31. Далее болт 31 завинчивается в вал 11, имеющий внутреннюю сквозную резьбу. Как только болт 31 закрутится до конца, то он притянет вал 11 к оправке 30 и вал 11 остановится. Устройство будет остановлено и его легко можно будет разобрать, сняв верхнюю крышку 2 и открутив болты 28. Если в результате этот операции болт 31 будет сломан, то его всегда можно будет высверлить с обратной стороны, так как вал 11 имеет сквозную резьбу. Если в результате этой операции резьба будет повреждена, корпус 1 можно перевернуть и повторить эту процедуру с верхней крышкой 2.
В сравнении с прототипом заявляемое устройство преобразования энергии позволяет получить трехфазный переменный ток за счет использования постоянных магнитов в качестве преобразователей энергии вместо фотоэлектробатарей при использовании любого радиоактивного вещества и имеет более широкие эксплуатационные возможности.