ТЕРМОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК F03G7/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для создания двигателей и различных исполнительных механизмов.

Известен магнитно-тепловой двигатель, содержащий рабочие элементы из ферромагнитного материала, которые нагреваются и охлаждаются в магнитном поле, в результате чего создается движущая сила.

Однако известное устройство не нашло промышленного применения из-за его малой удельной мощности, которая ограничивается неэффективной передачей тепловой энергии рабочему элементу, неэффективным использованием общей массы рабочего вещества и небольшой напряженностью постоянного магнитного поля.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для преобразования солнечной энергии в механическую. Оно содержит подвижный диск, на котором закреплены рабочие элементы из ферромагнитного материала, постоянный магнит и вал, на котором крепится подвижный диск.

Известное устройство обладает малой удельной мощностью из-за недостаточной напряженности постоянного магнитного поля, из-за неэффективного использования рабочего вещества и неэффективной передачи тепловой энергии рабочим элементам.

Целью изобретения является повышение мощности термомагнитного двигателя за счет конструктивных решений, повышающих напряженность постоянного магнитного поля, обеспечивающих более эффективное использование рабочего вещества и тепловой энергии.

Это достигается тем, что в термомагнитный двигатель, содержащий подвижный диск, свободно вращающийся вокруг своей оси, рабочие элементы из ферромагнитного материала, закрепленные по кругу на краю диска, постоянный магнит, зафиксированный над кругом из рабочих элементом, и вал, жестко связанный с диском и совпадающий с осью его вращения, введены трубопроводы холодной и горячей жидкости и дублирующий постоянный магнит, размещенный строго под основным постоянным магнитом под кругом рабочих элементов таким образом, что основной и дублирующий магниты располагаются одноименными полюсами друг к другу, причем рабочие элементы располагаются на диске непрерывно с минимальными зазорами между ними, рабочие элементы нагреваются у кромки магнитов за счет точной соответствующей направленности горячей жидкости, зоны нагрева и охлаждения соответственно горячей и холодной жидкостью разделены, а сами жидкости не смешиваются за счет их раздельного отвода, число пар, состоящих из основного и дублирующего магнитов, увеличивается пропорционально требуемому увеличению мощности термомагнитного двигателя.

Сущность изобретения состоит в значительном увеличении момента сил F на валу термомагнитного двигателя за счет повышения каждой элементарной величины пропорционально увеличивающей силу F в соответствии с выражением
F m · σ (T · H) где m масса рабочих элементов;
σ намагниченность рабочих элементов;
Т температура нагрева рабочих элементов;
Н напряженность магнитного поля.

При этом расположение основного и дублирующего постоянных магнитов пары одноименными полюсами друг к другу обеспечивает сжатие результирующего магнитного поля в рабочей области (при прохождении рабочего элемента между указанной парой магнитов), как показали эксперименты, настолько, что градиент напряженности магнитного поля Н увеличивается примерно в 1,5 раза, что приводит к соответствующему увеличению величины σ.

Непрерывное размещение рабочих элементов по кругу на краю диска, а также увеличение числа пар, состоящих из основного и дублирующего магнитов, увеличивает общую их массу m, одновременно подпадающую под действие магнитного поля.

За счет разделения потоков горячей и холодной жидкости (реально могут использоваться термальные воды, не остывшие и остывшие соответственно) достигается наивысшая температура нагрева рабочих элементов Т и наибольшая разность температур нагретого и остывшего рабочего элемента.

Кроме того, рабочие элементы, нагреваемые у кромки магнитов, при их входе в поле постоянных магнитов приводят к эффекту отсутствия торможения из-за градиента магнитного поля, направленного против движения рабочих элементов.

На чертеже изображен один из вариантов реализации термомагнитного двигателя с одной парой, состоящей из основного и дублирующего постоянных магнитов.

Термомагнитный двигатель содержит подвижный диск 1, свободно вращающийся вокруг своей оси (на чертеже ось показана штрихпунктирной линией), рабочие элементы 2 (на чертеже показан один рабочий элемент), основной постоянный магнит 3 и вал 4, а также трубопроводы холодной 5 и горячей 6 жидкости и дублирующий постоянный магнит 7.

Используемые для изготовления термомагнитного двигателя материалы широко известны и доступны.

Диск 1 желательно изготовить из легкого материала на основе алюминия, ось 6 из стали. Постоянные магниты 3 и 7 изготавливаются в виде кубиков, трубопроводы 5 и 6 из легких материалов на основе резины или из хлорвиниловых трубок.

Наиболее важным элементом всей чрезвычайно простой конструкции термомагнитного двигателя являются рабочие элементы 2, которые должны быть изготовлены из ферромагнитного материала, желательно как можно по более чистой технологии с минимальными посторонними примесями.

Термомагнитный двигатель работает следующим образом.

При нагреве с помощью горячей жидкости, подаваемой по трубопроводу 6, верхней части рабочего элемента 2, которая переходит в ферромагнитное состояние и втягивается с силой в магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами 3 и 7. Сила удваивается за счет охлаждения с помощью холодной жидкости, подаваемой по трубопроводу 5, нижней части рабочего элемента 2, которая переходит в паромагнитное состояние.

Вне магнитного поля пары основного 3 и дублирующего 7 постоянных магнитов, т.е. между двумя смежными парами, когда за счет силы F туда поворачивается диском 1 рабочий элемент 2, его верхнюю поверхность охлаждают, а нижнюю нагревают, подготавливая к взаимодействию в области магнитного поля очередной пары основного и дублирующего постоянных магнитов.

Результирующий момент сил на валу 4 термомагнитного двигателя определяется совокупностью сил, действующих поочередно на одновременно работающей группе рабочих элементов 2. В наиболее простом варианте одновременно работающая группа состоит из одного рабочего элемента 2. При этом термомагнитный двигатель будет работать точками.

В предельном по сложности случае в одновременно работающую группу могут входить все размещенные на диске рабочие элементы 2. При этом необходимо использовать такое же количество (как и число элементов 2) пар основных и дублирующих постоянных магнитов. При этом достигается плавное вращение вала 6 при максимальной мощности.

Экспериментальные устройства на основе термомагнитного двигателя в настоящее время уже развивают мощность, превышающую 1 кВт.

Использование: энергетика. Сущность изобретения: теомомагнитный двигатель содержит подвижный диск 1, рабочие элементы 2 из ферромагнитного материала, закрепленные по кругу на краю диска, постоянный магнит 3, зафиксированный над рабочими элементами 2, и вал 4, жестко связанный с диском и совпадающий с его осью, трубопроводы для холодной 5 и горячей 6 жидкостей, дополнительный постоянный магнит 7, размещенный под основным постоянным магнитом 3 под кругом рабочих элементов таким образом, что основной и дополнительный магниты располагаются одноименными полюсами друг к другу, причем рабочие элементы 2 располагаются на диске 1 по окружности с минимальными зазорами между ними, рабочие элементы 2 нагреваются у кромки магнитов от горячей жидкости 6. 1 ил.

ТЕРМОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий подвижный диск, жестко закрепленный на валу с общей осью вращения, рабочие элементы из ферромагнитного материала, закрепленные на краю окружности диска, постоянный магнит, установленный над кругом из рабочих элементов, и средства нагрева и охлаждения, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным постоянным магнитом, при этом основной и дополнительный постоянные магниты размещены по разные стороны диска с одноименно направленными полюсами друг к другу, рабочие элементы размещены между ними и закреплены на диске с минимальными зазорами между собой, а средства нагрева и охлаждения выполнены в виде трубопроводов горячей и холодной воды с раздельными зонами нагрева и охлаждения.