Тепловой генератор электрической энергии для космического аппарата
THERMAL GENERATOR OF ELECTRIC ENERGY FOR SPACE SHIP

Изобретение относится к области энергетики и может применяться для создания генераторов на космических аппаратах, в которых солнечная тепловая энергия преобразуется в электрическую энергию.
Известен ряд солнечных батарей космического аппарата, преобразующих солнечную тепловую энергию в электрическую.
В частности, известна солнечная батарея космического аппарата (патент РФ №2574057, B64G 1/44, опубл. 27.01.2016), которая снабжена штангой в виде шарнирно соединенных корневого и телескопического звеньев и выполнена в форме складываемых гармошкой створок. В транспортном положении звенья сложены вместе, а створки уложены в контейнеры с основаниями и крышками. Крышки и основания закреплены соответственно на звеньях и развернуты длинными сторонами вдоль оси сложенной штанги. Поворотная панель служит для поджатия створок к крышке и их поворота на 45° для равномерного схода.
Недостатками известного устройства являются невысокая эффективность солнечной батареи из-за длительности пребывания в области тени, а также из-за ухудшения выработки электрической энергии при нагревании солнечной панели, необходимость стабилизации космического аппарата при разворачивании солнечной батареи и при движении космического аппарата.
Известна магнитотепловая энергогенерирующая система (патент РФ №2210839, Н01М 8/06; H02N 10/00; H02N 11/00, опубл. 20.08.2003), содержащая один блок электрохимических топливных элементов, топливный резервуар, узел подачи топлива, блок отвода продуктов химической реакции, сборник тепла и блок автоматического управления, преобразователь тепловой энергии в электрическую, выполненный в виде симметричной разветвленной магнитной цепи с тремя сердечниками, изготовленными из тонких электрически изолированных листов магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью. В два крайних сердечника с вторичными обмотками встроены рабочие вставки, выполненные в виде плотно упакованных сборок из тонких ферромагнитных пластин с трехмерным рельефом на их поверхности, характеризующиеся большим скачком намагниченности при температуре точки Кюри и малой остаточной намагниченностью. Ферромагнитные пластины соприкасаются друг с другом в точках, образованных выпуклостями трехмерного рельефа и образующих множество параллельных каналов для интенсификации теплообмена. Питание магнитной цепи известного магнитотеплового генератора может осуществляться постоянным магнитом (вместо центрального сердечника с первичной обмоткой устанавливается постоянный магнит) и использования для нагрева рабочих вставок природных источников тепловой энергии, например солнечного излучения.
Недостатками известного магнитотеплового генератора являются сложность конструкции, необходимость в блоках подачи и отвода тепла и топлива, ограниченные функциональные возможности относительно применения на космических аппаратах.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному тепловому генератору электрической энергии для космического аппарата является тепловой генератор (заявка РФ №2010109704, F01B 29/10, опубл. 20.09.2011), включающий цилиндр, в котором размещен поршень и рабочая жидкость, при этом поршень снабжен постоянными магнитами, пересекающими своим полем во время движений поршня электрические обмотки, расположенные вдоль и поперек на стенках рабочего цилиндра, индуцируя электродвижущую силу (ЭДС).
Недостатками известного магнитотеплового генератора являются сложность конструкции, необходимость в блоках подачи и отвода рабочей жидкости, ограниченные функциональные возможности относительно применения на космических аппаратах.
Задача изобретения - упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей теплового генератора электрической энергии для космического аппарата, преобразующего солнечную тепловую энергию в электрическую.
Техническим результатом изобретения является снижение удельной массы теплового генератора электрической энергии, обеспечение выработки электрической энергии из солнечной тепловой энергии тепловым генератором на космическом аппарате как при прямом воздействии на него солнечного потока (нагревании), так и в области тени (охлаждении).
Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что тепловой генератор электрической энергии для космического аппарата, содержащий постоянные магниты, электрическую обмотку, индуцирующую электродвижущую силу, согласно изобретению, содержит n объединенных между собой преобразователей тепловой энергии в электрическую, каждый из которых содержит корпус, выполненный из материала с возможностью экранирования электромагнитного излучения, с расположенной внутри электрической обмоткой, над ней с зазором установлен постоянный магнит с закрепленной над ним теплоизолирующей пластиной и пластиной с высоким значением коэффициента теплового расширения, которая закреплена верхней стороной в корпусе и изменение линейных размеров которой под действием солнечного теплового потока позволяет изменить величину зазора между постоянным магнитом и электрической обмоткой.
Кроме того, каждый из n объединенных между собой преобразователей тепловой энергии в электрическую может содержать пластины с различными высокими значениями коэффициента теплового расширения.
Существо изобретения поясняется чертежом, на котором изображен тепловой генератор электрической энергии для космического аппарата в продольном разрезе.
Тепловой генератор электрической энергии для космического аппарата содержит (чертеж) n объединенных между собой преобразователей тепловой энергии в электрическую, каждый из которых содержит корпус 1, выполненный из материала с возможностью экранирования электромагнитного излучения, с расположенной внутри электрической обмоткой 2, над ней с зазором 3 установлен постоянный магнит 4 с закрепленной над ним теплоизолирующей пластиной 5 и пластиной с высоким значением коэффициента теплового расширения 6, которая закреплена верхней стороной в корпусе 1 и изменение линейных размеров которой под действием солнечного теплового потока 7 позволяет изменить величину зазора 3 между постоянным магнитом 4 и электрической обмоткой 2. Выводы 8 электрической обмотки 2 выведены к внешней стороне корпуса 1.
Тепловой генератор электрической энергии для космического аппарата работает следующим образом.
При поступлении солнечного теплового потока 7 на пластину с высоким значением коэффициента теплового расширения 6 она, нагреваясь, увеличивает линейные размеры, при этом нагрева постоянного магнита 4 не происходит из-за наличия теплоизолирующей пластины 5. Поскольку пластина с высоким значением коэффициента теплового расширения 6 закреплена в корпусе 1 верхней стороной, постоянный магнит 4 движется в сторону обмотки, уменьшая тем самым зазор 3. Вследствие этого индукция магнитного поля в зазоре 3 увеличивается. При прекращении поступления солнечной тепловой энергии, вызванном движением космического аппарата, на пластину с высоким значением коэффициента теплового расширения 6 она, охлаждаясь, уменьшает линейные размеры. При этом зазор 3 будет увеличиваться, а индукция магнитного поля в зазоре 3 уменьшаться. Изменение магнитного поля в зазоре 3 приводит к возникновению ЭДС в электрической обмотке 2. При подключении выводов 8 к нагрузке по электрической обмотке 2 начнет протекать электрический ток.
Итак, заявленное изобретение позволяет упростить конструкцию, расширить функциональные возможности теплового генератора электрической энергии для космического аппарата.
В результате снижается удельная масса теплового генератора электрической энергии для космического аппарата, обеспечивается выработка электрической энергии как при прямом воздействии на него солнечного потока (нагревании), так и в области тени (охлаждении), кроме того, для работы теплового генератора электрической энергии не требуется система стабилизации космического аппарата.