ЯДЕРНЫЙ ГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к средствам преобразования энергии излучения радиоактивного вещества в электрическую энергию и может быть использована в качестве автономного источника электроэнергии.
Известна ядерная батарея, представленная в п. РФ №16044 по кл. G21D 7/00, з. 21.05.2015 г, оп. 20.03.2106 г. и выбранная в качестве прототипа.
Известная батарея защищена следующей формулой.
Устройство преобразования энергии, выполненное с возможностью преобразования энергии излучения радиоактивного вещества в энергию электрическую, содержащее 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, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде полого цилиндра из немагнитного материала, закрыт с противоположных сторон съемными крышками, внутри корпуса на его стенке размещена цилиндрическая электрическая катушка, вдоль его продольной оси расположен с возможностью вращения закрепленный в постоянных магнитах вал, на центральной части которого размещены перпендикулярно его продольной оси с промежутком между ним 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 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 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.
Недостатком известной батареи являются ее не вполне высокие долговечность и эффективность, а также сложность сборки. Кроме того, не учтена проблема возникновения вибраций из-за разбалансировки вращения вала вследствие неравномерного нагрева рабочей жидкости ядерным противовесом. Используемый для уменьшения трения фторопласт при ядерном облучении начнет крошиться и выделять ядовитый фтор.
Задачей является повышение надежности, долговечности и эффективности ядерного генератора при упрощении технологии его сборки.
Поставленная задача решается тем, что в ядерном генераторе, содержащем защитный немагнитный цилиндрический корпус, закрытый с двух сторон верхней и нижней съемными крышками, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, состоящими из двух частей, и имеющимися в них каналами для циркуляции рабочей жидкости и воздуха, установленных в них колец из диамагнетиков, цилиндрических втулок и сальников, а также установленных в них обойм в виде колец, болтов, расположенных внутри обойм, закрепленных на лопатках и жестко закрепленных на обойме крыльчаток вентилятора, цилиндрический корпус, в котором имеется, по меньшей мере, одна, расположенная вблизи боковых стенок электрическая катушка, вблизи которой размещен постоянный магнит, выполненный наборным из секторов с чередованием полюсов в соседних секторах, в центральной части корпуса расположен перпендикулярно его продольной оси реакторный отсек, содержащий в стеклянном корпусе свинцовый кожух с радиоактивным веществом внутри, при этом возле реакторного отсека находится ротор с постоянными магнитами, а все элементы конструкции расположены в корпусе с зазорами между ними, образующими каналы для циркуляции охлаждающей жидкости, ротор расположен снаружи реакторного отсека и состоит из трех частей: верхней и нижней, прикрепленных соответственно к верхней и нижней крышкам корпуса, и центральной цилиндрической полой части, снабженной расположенными в противоположных направлениях криволинейными лопатками, выполненных из постоянных магнитов, в верхней и нижней частях, при этом на центральной части ротора выполнена наружная резьба, резьба имеется также на внутренних частях крышек ротора, направление резьбы обратно направлению вращения ротора, на внутренней части которого расположены короткие прямые лопатки, и окружающей с зазором реакторный отсек, центральная часть ротора снабжена скобообразными выступами с двух сторон снаружи, в которых расположены последовательно навинченные на болты, вкрученные с двух сторон в боковые стенки корпуса и служащие горизонтальными осями - валами для катушки, над и под которой параллельно расположены наборные постоянные магниты, прикрученные к верхней и нижней крышкам ротора, на которой далее надета диэлектрическая пластина, затем диамагнетик, и прикрученный к центральной части ротора охватывающий постоянный магнит снаружи скобообразный постоянный магнит, при этом возле боковых стенок корпуса выполнены вертикально расположенные каналы, сообщающиеся с зазорами между ротором и реакторным отсеком и между ротором и крышками для циркуляции в них рабочей жидкости, при этом основной корпус генератора, обойма и болты выполнены из стали, магниты - из неодима, диамагнетики из пиролитического углерода, втулки, сальники и крыльчатки вентилятора из фторопласта все части ротора выполнены из алюминия, стеклянный корпус реакторного отсека изготовлен из стекла с высоким содержанием бора, радиоактивным веществом служит уран 238, в качестве рабочей и охлаждающей жидкости используется вода.
Выполнение верхней и нижней крышек корпуса из двух частей делают их более технологичными и позволяют близко расположить каналы, по которым циркулирует рабочая жидкость и атмосферный воздух. Установка в крышках колец из диамагнетиков позволяет исключить трение между корпусом и ротором, тем самым позволяя отказаться от подшипников. Цилиндрические втулки и сальники, выполненные из фторопласта, надежно герметизируют ротор и не дают рабочей жидкости проникнуть за пределы батареи, в то же самое время на них нет прямого воздействия заряженных частиц от радиоактивного элемента, от которого они подвержены только нагреву. Установка обойм между втулками и сальниками позволяет им свободно скользить между ними при минимальном трении, возникающем между стальной обоймой и фторопластовыми сальниками и втулками. Расположение болтов внутри обойм позволяет надежно соединить лопатки генератора и обоймы, тем самым обеспечив непосредственную передачу механического движения от ротора к обоймам без утечек рабочей жидкости. Жесткое крепление крыльчаток вентилятора к обойме позволяет сразу превратить вращение обоймы в циркуляцию воздуха для охлаждения рабочей жидкости. Выполнение крыльчаток вентилятора из фторопласта позволяет им противодействовать истиранию при длительной эксплуатации.
Выполнение ротора из трех частей с резьбой на наружной и внутренней частях, упрощает сборку генератора. Крепление постоянных однонаправленных магнитов к верхней и нижней крышкам корпуса ротора заставляет их вращаться над катушкой при вращении ротора, что исключает необходимость съема появляющегося в катушке при вращении вокруг нее магнитов электрического тока с помощью щеток, давая возможность исключить трение, и увеличивает срок службы генератора.
Наличие разнонаправленно расположенных криволинейных лопаток в верхней и нижней частях ротора, работающих в паре как гидромотор и гидронасос, позволяет генератору работать без использования силы тяжести для осуществления постоянного вращения ротора, но без выигрыша в работе. Выполнение лопаток из постоянных магнитов позволяет создавать эффект диамагнитной левитации отталкиваясь от колец из диамагнетиков. Наличие коротких прямолинейных лопаток на внутренней поверхности ротора дает дополнительную энергию лопаток.
Расположение диамагнетика и охватывающего его снаружи скобообразного магнита заставляет их отталкиваться, что создает внутри эффект диамагнитной левитации и стабилизирует вращение ротора.
Использование магнитов из неодима обеспечивает очень медленное размагничивание магнитов, увеличивая срок службы генератора. Этой же цели - увеличению срока службы - способствует выполнение основного корпуса, обоймы и болтов из стали, и использование в качестве радиоактивного, вещества урана 238, период полураспада которого составляет миллиарды лет.
Технический результат - повышение надежности и долговечности генератора при упрощении технологии его изготовления.
Заявляемая полезная модель обладает новизной, отличаясь от прототипа такими существенными признаками как выполнение крышек из двух частей, расположения в них каналов для циркуляции рабочей жидкости и атмосферного воздуха, установленных в них колец из диамагнетиков, цилиндрических втулок и сальников, а также установленных в них обойм в виде колец, болтов, расположенных внутри обойм, закрепленных на лопатках и жестко закрепленных на обойме крыльчаток вентилятора, расположение ротора снаружи реакторного отсека и выполнение его из трех частей: верхней и нижней, прикрепленных соответственно к верхней и нижней крышкам корпуса, и снабжение окружающей с зазором реакторный отсек центральной цилиндрической полой части расположенными в противоположных направлениях криволинейными лопатками из постоянных магнитов в верхней и нижней частях, выполнение центральной части ротора с наружной резьбой и резьбой на внутренних частях крышек ротора, направление которой обратно направлению вращения ротора, расположение на внутренней части ротора коротких прямых лопаток, снабжение центральной части ротора скобообразными выступами с двух сторон снаружи, расположение в этих выступах последовательно навинченных на болты, вкрученные с двух сторон в боковые стенки корпуса и служащие горизонтальными осями - валами для катушки, параллельно расположенных над и под катушкой наборных постоянных магнитов, прикрученных к верхней и нижней крышкам ротора, наличие на оси последовательно расположенных диэлектрической пластины, затем диамагнетика, и прикрученного к центральной части ротора охватывающего постоянный магнит снаружи скобообразного постоянного магнита, выполнение возле боковых стенок корпуса вертикально расположенных каналов, сообщающихся с зазорами между ротором и реакторным отсеком и между ротором и крышками для циркуляции в них рабочей жидкости, выполнение основного корпуса генератора, обоймы и болтов из стали, постоянных магнитов - из неодима, диамагнетики из пиролитического углерода, втулки, сальники и крыльчатки вентилятора из фторопласта, всех частей ротора из алюминия, стеклянного корпуса реакторного отсека из стекла с высоким содержанием бора, использование в качестве радиоактивного вещества урана 238, а в качестве рабочей жидкости воды, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемый ядерный генератор может найти широкое применение в энергетике в качестве автономного источника энергии, и потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежами, где представлены на:
- фиг. 1 - общий вид ядерного генератора в разрезе;
- фиг. 2 - общий вид в разрезе ядерного генератора со снятым реакторным отсеком;
- фиг. 3 - расположение лопаток над наборным магнитом, дающее реактивное движение ротору;
- фиг. 4 - - конструкция скобообразного постоянного магнита;
- фиг. 5 - устройство электрических катушек и постоянных магнитов на оси болтов;
- фиг. 6 - соединение катушек первой фазы;
- фиг. 7 - расположение лопаток под наборным магнитом;
- фиг. 8 - расположение обоймы внутри нижней крышке;
- фиг. 9 - сборка реакторного отсека;
- фиг. 10 - соединение ротора с центральным магнитом;
- фиг. 11 - конструкция ротора с постоянными магнитами;
- фиг. 12 - последовательность дальнейшей сборки ротора;
- фиг. 13 - вид ротора в собранном виде;
- фиг. 14 - соединение ротора с центральной частью корпуса;
- фиг. 15 - вид ротора с центральной частью корпуса;
- фиг. 16 - фиксация катушки на болту, вкручиваемом в стенку корпуса;
- фиг. 17 - сборка средней части корпуса с его крышками.
Ядерный генератор (фиг. 1, фиг. 2) состоит из корпуса 1. Корпус состоит из трех частей: центральная часть 2, верхняя крышка 3 и нижняя крышка 4. Верхняя крышка 3 и нижняя крышка 4 крепится к центральной части корпуса 2 винтами 5 и 6 соответственно. Внутри центральной части корпуса 2 вкручены болты 7. На этих болтах 7 с помощью винтового соединения крепятся катушки 8, диэлектрики 9 и диамагнетики 10. Внутри корпуса 1 находится ротор 11. На роторе 11 жестко закреплен постоянный магнит 12. Внутри корпуса 1 находится реакторный отсек 13, работающий как нагревательный элемент. Он состоит из радиоактивного элемента 14, свинцового кожуха 15 и стеклянной оболочки с высоким содержанием бора 16. В верхней части ротора 11 находятся лопатки 17. На роторе 11 жестко закреплены постоянные магниты 18 и 19. В стенках корпуса 1 находятся каналы 20 и 21. В нижней части ротора 5 находятся лопатки 22. На внутренней части верхней крышки 3 закреплено кольцо из диамагнетика 23. На внутренней части нижней крышки 4 закреплено кольцо из диамагнетика 24. Винты 25 крепятся к лопаткам 17. Винты 25 проходит внутри обоймы 26. Обойма 26 свободно вращается между сальником 27 и втулкой 28, закрепленных внутри верхней крышки 3. На внешней стороне обоймы 26 жестко закреплена крыльчатка вентилятора 29. Внутри крышки 3 проходят вентиляционные отверстия 30. Винты 31 крепятся к лопаткам 22. Винты 31 проходит внутри обоймы 32. Обойма 32 свободно вращается между сальником 33 и втулкой 34, закрепленных внутри нижней крышки 4. На внешней стороне обоймы 32 жестко закреплена крыльчатка вентилятора 35. Внутри крышки 4 проходят вентиляционные отверстия 36. На внутренней части ротора 5 находятся лопатки 37. Также внутрь корпуса 1 залита рабочая жидкость (вода).
Ядерный генератор работает следующим образом. Лопатки 17 и 22 являются ниодимовыми магнитами. Между лопатками 17 и 22 и кольцами из диамагнетиками (пиролитический графит) 23, 24 соответственно возникают электрические силы. Диамагнетики 23, 24 выталкивают из себя магнитное поле, создаваемое лопатками 17 и 22 из неодимовых магнитов. Из-за этого возникает эффект диамагнитной левитации. Одновременно с этим между диамагнетиками 10, закрепленными на винтах 7 и магнитом 12, закрепленными на роторе 11 возникают электрические силы. Диамагнетики 10 выталкивают из себя магнитное поле, создаваемое магнитом 12, что также вызывает эффект диамагнитной левитации. Так как магнит 12 и лопатки 17 и 22 жестко закреплены на роторе 11, то весь ротор будет парить, над диамагнетиками 23 и 24, не касаясь корпуса 1. Диамагнетики 10, будут выступать в качестве стабилизатора, удерживая ротор 11 в вертикальном положении. Реакторный отсек 13 будет постоянно нагревать рабочую жидкость. Это происходит следующим образом. Радиоактивное вещество 14 (уран 238) постоянно распадается. При распаде он выделяет альфа, бета и гамма частицы, а также нейтроны. Свинцовый кожух 15 поглощает альфа, бета и гамма частицы. Стеклянная оболочка 16 с высоким содержанием бора поглощает нейтроны. При поглощении заряженных частиц происходит нагрев свинцового кожуха 15 и стеклянной оболочки 16. Эта тепловая энергия нагревает реакторный отсек 13. Рабочая жидкость внутри ротора 11 нагревается от реакторного отсека 13, расширяется и поднимается вверх. Там она кипит и с силой выходит из ротора. При этом она отталкивается от лопаток 17, заставляя их вращаться. При вращении ротора магниты 18 и 19 проходят над и под катушками 8 соответственно, при этом в катушках возникает электрический ток. От магнита 12 идут электромагнитные волны. Чтобы они не мешали возникновению электрического тока, в катушках 8 на винте 7 накручен диэлектрик 9. Из-за центробежной силы, возникающей, при вращении ротора 11, рабочая жидкость выбрасывается на центральную часть корпуса 2. Там она попадает в каналы 20. Лопатки 22, расположенные в нижней части ротора 11 при вращении ротора засасывают рабочую жидкость из каналов 20 внутрь ротора. Там она нагревается и поднимается вверх. При движении вверх рабочая жидкость толкает лопатки 37, давая дополнительную энергию для вращения ротора. Рабочая жидкость, поднимаясь вверх, начинает кипеть и цикл повторяется.
Чтобы циркуляция рабочей жидкости не прекращалась, в ядерном генераторе предусмотрена система охлаждения. К лопаткам 17 прикручены винты 25. Вращаясь, ротор 11, вращает лопатки 17 и прикрученные к ним винты 25. Винты 25 проходят внутри обоймы 26, поэтому при вращении винтов 25 вращается обойма 26. Обойма 26 свободно вращается между сальником 27 и втулкой 28, закрепленных внутри крышки 3. Сальник 27 и втулка 28 состоят из фторопласта, материала обеспечивающего свободное скольжение обоймы 26, в то же самое время они не дают рабочей жидкости проникнуть за пределы обоймы 26. На обойме 26 жестко закреплена крыльчатка вентилятора 29. Это означает, что при вращении ротора 11 вращается крыльчатка вентилятора 29. В нижней части ядерный генератор имеет аналогичную конструкцию, именно поэтому при вращении ротора 11 вращается крыльчатка вентилятора 35. При вращении крыльчатки вентилятора 35 она засасывает холодный окружающий воздух через вентиляционные отверстия 36. Далее этот воздух идет по каналам 21. Там он нагревается, охлаждая рабочую жидкость. При вращении крыльчатки вентилятора 29 она выталкивает этот горячий воздух через вентиляционные отверстия 30.
Также на фиг. 2, показанной со снятым реакторным отсеком, хорошо видно, как циркулирует рабочая жидкость внутри ядерного генератора. Эта схема всем знакома, так как напоминает кипение воды в кастрюле. В кастрюле вода нагревается, кипит и поднимается вверх, там она конденсируется на крышке и стенках, тем самым охлаждаясь. Стекая вниз, она снова нагревается и процесс повторяется. Если постоянно поддерживать температуру кипения, при этом не менять температуру нагрева (не увеличивать ее и не уменьшать), то процесс может повторяться бесконечно долго, как в скороварке. При этом данная конструкция требует охлаждения. Для этого предусмотрены крыльчатки вентилятора 29 и 35. Внешний холодный воздух охлаждает рабочую жидкость, тем самым происходит теплообмен внутри ядерной батареи, при этом пар в верхней части батареи конденсируется и переходит в жидкое состояние, стекая по каналам 20 вниз. Там он снова нагревается от топливного элемента и превращается в пар - цикл повторяется. Чем больше температура кипения рабочей жидкости, тем быстрее вращается ротор 11. Чем быстрее вращается ротор 11, тем больше прокачивается через ядерную батарею холодного окружающего воздуха. Это означает, что батарея автоматически регулирует свою скорость вращения и подстраивается под температуру окружающей среды.
Разрез А-А на фигуре 3 хорошо показывает, как расположены лопатки 17, дающие реактивное движение ротору 11. Также хорошо видно, что рабочая жидкость, как только выходит из ротора, сразу попадает в канал 20 через отверстия внутри центральной части корпуса 2.
На разрезе В-В фигуры 4 хорошо видно устройство магнита 12. Он является цельным магнитом сложной формы. Благодаря своей форме и полярности он удерживает ротор 11 и по горизонтали и по вертикали, исключая биение ротора по этим плоскостям. При этом не надо забывать, что речь идет об эффекте диамагнитной левитации. Ротор будет свободно парить на магнитных полях, тем самым, исключая трение. Такая конструкция магнита при правильной установке строго перпендикулярно земле позволит вращаться ротору очень долго, благодаря силам инерции. Также на фигуре 4 хорошо видно устройство магнитов 18. Всего таких магнитов двенадцать. У них разная полярность. На фигуре 1 магнит 18 намагничен так, что северный полюс N вверху, а южный полюс S внизу. Такую полярность заявитель назвал прямой «П». Но, чтобы при вращении ротора 11 получался переменный электрический ток, магниты 18 должны чередоваться полярностью так, чтобы южный полюс S был вверху, а северный N был внизу. Такую полярность заявитель назвал обратной «О». На фигуре 4 видно, как магниты 18 чередуются полярностью. Аналогичным устройством обладают магниты 19. Только при таком расположении при вращении ротора 11 получается переменный ток. Магниты 18 и 19 расположены строго параллельно и друг напротив друга. Если в обычном генераторе с классической компоновкой вращается катушка между двумя постоянными магнитами, то здесь применена обратная схема, когда катушка остается неподвижной, а магниты вращаются вокруг них. При такой схеме нет необходимости в щетках генератора, с помощью которых снимался бы электрический ток. Отказ от щеток генератора позволяет исключить трение и увеличивает срок службы генератора.
На разрезе С-С фигуры 5 хорошо видно устройство катушек 8 и диамагнетиков 10. Всего катушек и диамагнетиков двенадцать. Катушки, соединенные параллельно в три электрические цепи, дадут трехфазный электрический ток. Так как катушек двенадцать, то 12:3=4. Получается, что при одном обороте ротора 11, фазы внутри катушек меняются четыре раза. В обычной электрической сети ток подается с частотой 50 герц, то есть 50 колебаний в секунду и 3000 оборотов вала генератора в минуту. Так как за один оборот происходит смена фаз четыре раза, то 3000:4=750. То есть, чтобы получить частоту тока, как в электрической сети ротор должен вращаться с частотой 750 оборотов в минуту. Можно увеличивать или уменьшать количество катушек и магнитов на число, кратное 6. Соответственно, с этим числом надо будет увеличивать или уменьшать число оборотов ротора, чтобы получить ток как в электрической сети. На фигуре 5 видно, как катушки распределены по трем фазам электрического тока. А на фигуре 6 показано, как будут соединяться катушки первой фазы. Аналогично будут соединяться катушки двух других фаз. Так при вращении ротора 11 можно получить трехфазный ток, как в электрической сети.
На разрезе D-D фигуры 7 видно, как расположены лопатки 22. В отличие от лопаток 17 они расположены в обратную сторону и засасывают рабочую жидкость. То есть лопатки 17 при вращении ротора 11 работают как гидромотор, а лопатки 22 при вращении ротора 11 работают как гидронасос. Чтобы осуществлялось постоянное вращение, производительность гидромотора и гидронасоса должна быть одинаковой. Если это будет не так, то либо гидромотору, либо гидронасосу будет попросту не хватать рабочей жидкости и ротор 11 остановится. Если они обладают одинаковой производительностью, то не будет никакого выигрыша в работе. Это означает, что ротор 11 остановится под действием сил трения и инерции. Чтобы этого не происходило, на внутренней части ротора 11 находятся лопатки 37. Эти лопатки и дают дополнительную энергию для вращения ротора 11. Наличие гидромотора и гидронасоса в одной конструкции позволяет генератору работать без использования силы тяжести, что в свою очередь дает возможность для работы генератора в любом положении относительно земли, в том числе и в невесомости.
На разрезе Е-Е фигуры 8 видно, как расположена обойма 33 с крыльчаткой вентилятора 35 внутри нижней крышке 4, закрепленной на винтах 31. Также хорошо видно расположение каналов 21, по которым циркулирует воздух для охлаждения рабочей жидкости.
Сборка генератора осуществляется следующим образом. Генератор собран на винтовых соединениях. Процесс сборки надо начать со сборки реакторного отсека 13. На фигуре 9 подробно представлен этот процесс. Стеклянная оболочка 16 состоит из двух частей: стеклянного стакана 16А и стеклянной крышки 16Б. Стакан 16А устанавливается на твердую ровную поверхность, строго перпендикулярно земле. В этот стеклянный стакан заливается расплавленный свинец, как это видно на фигуре 9А. Далее необходимо ждать, когда свинец застынет. После того, как свинец застынет, внутрь помешается радиоактивный элемент 14, как это показано на фигуре 9Б. Этот радиоактивный элемент должен быть строго ориентирован по центру стакана. Для ориентации на края стакана и на топливный элемент 14 наносятся метки с помощью карандаша и линейки. Потом топливный элемент 14 ориентируют по центру стакана, как это показано на фигуре 9 В. Далее топливный элемент 14 заливается жидким свинцом, как это показано на фигуре 9Г. После того, как свинец застынет, на стакан одевается стеклянная крышка 16Б, как это видно на фигуре 9Д. Потом стеклянная крышка 16Б фиксируется струбциной и приваривается к стеклянному стакану 16А с помощью газовой горелки, как показано на фигуре 9Е. На фигуре 9Ж мы видим готовый топливный элемент.
После того, как топливный элемент будет создан, необходимо приступить к сборке ротора 11.
Чтобы не усложнять чертеж на других фигурах заявитель изобразил ротор цельным. На самом деле он должен состоять из трех частей 11А - центральной части, 11В - верхней части и 11С - нижней части. Сборка начинается с того, что центральная часть ротора 11А вставляется в центральный магнит 12. Это можно увидеть на фигуре 10.
На фигуре 11 видно, как к верхней крышке ротора 11 В сверху винтами прикручиваются лопатки 17, а снизу винтами прикручиваются магниты 18. К нижней части ротора 11С сверху винтами прикручиваются лопатки 22, а снизу винтами прикручиваются магниты 19.
На фигуре 12 видно, как к средней части ротора 11А прикручиваются верхняя и нижняя крышка 11В и 11С соответственно. За счет чего это происходит? Дело в том, что на средней части ротора 11А находится наружная резьба. А на внутренней части крышек ротора 11В и 11С находится внутренняя резьба. То есть крышки просто накручиваются на среднюю часть ротора. При этом надо учитывать, чтобы направление резьбы было обратным направлению вращения ротора. Это необходимо сделать, чтобы крышки не раскрутились, и ротор не разрушился во время работы ядерного генератора. Крышки с помощью резьбы надежно зафиксируют центральный магнит 12 в нужном положении.
На фигуре 13 виден ротор в собранном виде.
На фигуре 14 показано, в какой последовательности будет происходить дальнейшая сборка. Сначала в ротор 11 вставляются катушки 8. После этого ротор с катушками вставляется в центральную часть корпуса 2.
На фигуре 15 показана центральная часть корпуса в собранном виде.
На фигуре 16 показано, как будет фиксироваться катушки 8. Сначала на винт 7 накручивается диэлектрик 9 и диамагнетик 10. Далее винт 7 вставляется в катушку 8. Диаметр диэлектрика 9 и диамагнетика 10 меньше, чем отверстие, расположенное в катушке 8, поэтому болт легко проходит внутрь нее. Потом мы начинаем закручивать винт 7. Внутри корпуса 2 и катушки 8 находится резьба, поэтому при вращении винта 7 мы прочно фиксируем катушку 8 к корпусу 2. Тоже проделываем со всеми остальными 11-ю катушками.
На фигуре 17 можно увидеть финальную часть сборки. Чтобы не усложнять чертеж на других фигурах заявитель изобразил крышки цельными. На самом деле верхняя крышка 3 состоит из двух частей 3А и 3В. Нижняя крышка 4 также состоит из двух частей 4А и 4В. После установки катушек 8 в ротор 11 вставляется топливный элемент. На топливный элемент 13 устанавливается сальник 27. В верхнюю крышку 3А устанавливается втулка 28, затем кольцо из диамагнетика 17 и обойма 26. Обойма 26 одевается на сальник 27 и фиксируется винтами 25. На центральную часть корпуса 2 и верхнюю крышку 3А одевается верхняя крышка 3В, и вся конструкция фиксируется винтами 5. После этого надо перевернуть конструкцию и залить рабочую жидкость (воду). Далее на топливный элемент 13 устанавливается сальник 33. В нижнюю крышку 4А устанавливается втулка 34, затем кольцо из диамагнетика 24 и обойма 32. Обойма 32 одевается на сальник 33 и фиксируется винтами 31. На центральную часть корпуса 2 и нижнюю крышку 4А одеваются нижняя крышка 4 В, и вся конструкция фиксируется винтами 6. Генератор готов к работе. Как можно видеть, конструкция ядерного генератора довольно простая - ее легко можно собрать и разобрать, и для этой работы не требуется высокой квалификации рабочего.
Как запустить генератор? Для этого лишь достаточно подать на катушки 8 переменный электрический ток. Когда ротор 11 достигнет 750-ти оборотов в минуту - электрический ток можно выключить. Дальше ротор будет вращаться уже за счет распада радиоактивного элемента 14.
Какие материалы нужно использовать для создания ядерного генератора? Все части ротора 11А, 11В и 11С, а также все лопатки, нужно сделать легкими и прочными, чтобы генератор не тратил лишнюю энергию для его вращения. Для этого хорошо подойдет алюминий. Все болты должны быть достаточно прочными, чтобы не ломаться при перепадах температур, поэтому их нужно сделать стальными. Стальным можно сделать обойму и основной корпус ядерного генератора. Магниты можно сделать неодимовые. Они очень медленно размагничиваются. При комнатной температуре они теряют 0,1% заряда за десять лет. Ядерный материал можно подобрать любой, но такой, чтобы он разлагался как можно дольше и постоянно выделял одинаковое количество энергии за большой промежуток времени. Для таких целей хорошо бы подошел уран 238. Он выделяет мало энергии, но при этом он очень энергоемкий. Его период полураспада составляет 3,5 миллиарда лет. В России созданы огромные запасы этого металла, которого по самым скромным подсчетам хватит на сотни лет. Сальники, втулки и крыльчатки вентилятора нужно сделать из фторопласта. Он достаточно дешев, создают минимальное трение, мало подвержен истиранию, а главное хорошо герметизирует ядерный генератор, не давая утечь рабочей жидкости. Единственной дорогой частью ядерного генератора является стеклянный кожух 16 с высоким содержанием бора. Но в России давно налажено производство такого стекла. Алюминий, сталь, неодим, свинец, стекло, уран 238 - вот материалы, из которых будет сделан генератор. Они относительно дешевы и легкодоступны. Конструкция ядерного генератора простая и легко может быть освоена в производстве. Это означает, что стоимость генератора будет намного ниже, чем производство ядерного реактора.
Если говорить о КПД генератора, то он довольно высокий. За счет чего это достигается? Чтобы получить электрический ток, надо раскрутить ротор до 750 оборотов в минуту. Но раскрутить ротор можно, просто подавая электрический ток на катушки 8. Далее вращение будет поддерживаться за счет силы инерции. Сила трения при вращении ротора очень мала, так как здесь мало трущихся поверхностей, а роль подшипников выполняют неодимовые магниты и диамагнетики. Большая часть трения приходиться на магнитные поля. Магнитные поля тоже могут затормозить вращение ротора, но этот процесс гораздо медленнее, чем при вращении на обычных подшипниках. Да, уран 238 дает очень мало энергии при распаде, но сила этой энергии зависит от массы урана. На схеме видно, что сам уран занимает почти четвертую часть объема всего генератора, а значит, он может дать необходимую энергию. Тем более этой энергии не требуется слишком много. Она должна лишь поддерживать инерционное вращение ротора. Нетрудно догадаться, что ядерный генератор лишь повторяет схему давно известных ядерных реакторов. КПД таких реакторов от 30 до 45%, но этот показатель никогда не превышал 50%. В конструкции заявителя происходят те же процессы, что и в ядерном реакторе: распад радиоактивного элемента, нагрев рабочей жидкости, превращение энергии рабочей жидкости в механическую энергию, преобразование механической энергии в электрическую с помощью катушек и постоянных магнитов. Но коренное отличие ядерного генератора от ядерного реактора в том, что здесь очень компактная конструкция, то есть превращение одного вида энергии в другой происходит практически мгновенно, без потери энергии. А учитывая то, что ротор не нужно постоянно раскручивать, а лишь необходимо поддерживать его инерционное вращение, то КПД этого устройства может вплотную приблизится к 50% или даже превысить их!
Достоинства и недостатки ядерного генератора. Главные достоинства данного генератора - это простота конструкции, дешевизна материалов и производства, также компактность, и высокий КПД. В генераторе мало трущихся поверхностей, это значит, что он долго может работать, не ломаясь и не требуя ремонта. Кроме того, в качестве рабочей жидкости будет использоваться обычная вода. Генератор на выходе будет давать трехфазный электрический ток, поэтому его легко можно будет использовать как автономный источник энергии в любой точке земного шара. Он очень надежен, поэтому при соблюдении необходимых условий: не нагревать генератор, соблюдать его герметичность, не переворачивать и устанавливать вертикально земле - он может проработать долгие годы. Но его можно использовать и в космосе. Ему необязательно использовать силу тяжести в работе, поэтому он прекрасно пригодится и для космических исследований. Но при всех положительных моментах у этого генератора есть серьезный недостаток - это центральный магнит. На нем, вернее на его магнитных полях, держится весь ротор. Если ошибиться с магнитными полями, то ротор заденет стенки корпуса и вся конструкция разрушится. Кроме того, центральный магнит находится на границе тепла и холода. Дело в том, что внутри ротора кипит вода и поднимается вверх, а на внешней части центрального магнита она уже охлажденная конденсируется и опускается вниз. На этом перепаде температур идет потеря энергии. Чтобы уменьшить потери энергии и уменьшить трение между катушками и магнитами, заявитель и предусмотрел в стенках корпуса дополнительные каналы 20. Другой серьезный недостаток - это использование воды в качестве рабочей жидкости. Хотя вода легкодоступна и нетоксична - она подвергает коррозии стальные части генератора и неодимовые магниты, что может привести к постепенно выходу его из строя. Еще серьезный недостаток - это большое количество винтовых соединений. Через неплотно прилегающую резьбу могут происходить утечки воды, поэтому заявитель рекомендовал бы заключить ядерный генератор в плотный бетонный кожух, оставив отверстия для вентиляции. В остальном достоинства генератора намного превосходят все его недостатки.
В сравнении с прототипом заявляемый генератор является более простым и дешевым по конструкции и более эффективным.