Магнитотепловой генератор для космического аппарата
MAGNET-THERMAL GENERATOR 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.
Известно магнитотепловое устройство (патент РФ №149344, F03G 7/00, опубл. 27.12.2014), содержащее 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 при помощи подшипников, 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 межполюсный зазор при его вращении, узел подачи теплоносителя и узел подачи хладагента. Постоянные магниты выполнены с межполюсным зазором, состоящим по его длине из суживающегося по направлению вращения диска ротора участка и участка с постоянным сечением.
Недостатками магнитотеплового устройства являются: невысокая эффективность преобразования магнитотепловой энергии, сложность конструкции, необходимость в блоках подачи и отвода тепла и топлива, ограниченные функциональные возможности относительно применения на космических аппаратах. Кроме того, магнитотепловое устройство предназначено для преобразования магнитотепловой энергии в механическую, а не в электрическую.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному магнитотепловому генератору для космического аппарата является магнитотепловой генератор (патент РФ №2210839, Н01М 8/06; H02N 10/00; H02N 11/00, опубл. 20.08.2003), содержащий 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 использованием 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.
Задача изобретения - упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей магнитотеплового генератора для космического аппарата, преобразовывающего солнечную тепловую энергию в электрическую.
Техническим результатом изобретения является снижение удельной массы магнитотеплового генератора, обеспечение выработки электрической энергии из солнечной тепловой энергии магнитотеплового 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 магнитотепловой генератор для космического аппарата, содержащий преобразователь тепловой энергии в электрическую с магнитной системой из постоянного магнита и ферромагнитной пластины, характеризующейся большим скачком намагниченности при температуре точки Кюри и малой остаточной намагниченностью и принимающей солнечную тепловую энергию, согласно изобретению магнитотепловой генератор для космического аппарата содержит n преобразователей тепловой энергии в электрическую, каждая из ферромагнитных пластин преобразователя расположена над постоянным магнитом и может иметь различное значение точки Кюри в пределах -150°С до +150°С, магнитная система установлена внутри корпуса, выполненного из материала с возможностью экранирования электромагнитного излучения, в зазоре между постоянным магнитом и корпусом расположена обмотка, выводы которой выведены к внешней стороне корпуса.
Существо изобретения поясняется чертежами: на фиг. 1 изображен преобразователь тепловой энергии в электрическую магнитотеплового генератора в продольном разрезе, на фиг. 2 - плоский виток обмотки магнитотеплового генератора.
В магнитотепловом генераторе для космического аппарата каждый из n преобразователей содержит (фиг. 1) корпус 1, выполненный из материала с возможностью экранирования электромагнитного излучения магнитотеплового генератора, внутри корпуса 1 установлена магнитная система, которая состоит из постоянного магнита 2, над которым установлена ферромагнитная пластина 3, характеризующаяся большим скачком намагниченности при температуре точки Кюри и малой остаточной намагниченностью и принимающая солнечную тепловую энергию 4. В зазоре 5 между постоянным магнитом 2 и корпусом 1 расположена обмотка 6, выводы 7 которой выведены к внешней стороне корпуса 1.
Магнитотепловой генератор для космического аппарата работает следующим образом. При поступлении солнечного теплового потока на ферромагнитную пластину 3 она нагревается до температуры выше точки Кюри и переходит в парамагнитное состояние (размагничивается), также происходит нагрев постоянного магнита 2, вследствие чего индукция магнитного поля в зазоре 5 уменьшается. При прекращении поступления солнечной тепловой энергии на ферромагнитную пластину 3, вызванного движением космического аппарата, ферромагнитная пластина 3 охлаждается и переходит в ферромагнитное состояние, при этом охлаждается постоянный магнит 2. Изменение магнитного поля в зазоре 5 приводит к возникновению ЭДС в обмотке 6. При подключении выводов 7 к нагрузке по обмотке 6 начнет протекать электрический ток. Применение ферромагнитных пластин 3 с различными значениями точки Кюри в пределах от -150°C до +150°C позволит вырабатывать электрическую энергию как при прямом попадании на них солнечного теплового потока, так и в области тени.
Итак, заявленное изобретение позволяет упростить конструкцию, расширить функциональные возможности магнитотеплового генератора для космического аппарата.
В результате снижается удельная масса магнитотеплового генератора 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 магнитоэлектрического генератора не требуется система стабилизации космического аппарата.