СПОСОБ РАБОТЫ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ РЕАКТОРНОЙ МАШИНЫ И ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ РЕАКТОРНАЯ МАШИНА Российский патент 2001 года по МПК H02N11/00 F01K11/00 

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в двигателестроении, в авиации, на транспорте и других отраслях как автономный источник электроэнергии.

Наиболее близкими к изобретению являются способ работы тепловой электрической реакторной машины, включающий всасывание и сжатие воздуха-окислителя, смесеобразование рабочего топлива, воспламенение, сгорание и расширение газов, выпуск отработавших газов с последующим получением и преобразованием электрической энергии в механическую, и тепловая электрическая реакторная машина, содержащая кольцевой реактивный мотор внутреннего сгорания, имеющий корпус, ведущий вал, системы впуска и сжатия воздуха-окислителя, смесеобразования и сгорания рабочего топлива, расширения газов, выпуска отработавших газов и систему охлаждения (RU 97105209 A1, кл. F 02 K 11/00, опубл. 27.03.1999).

Недостатком указанных способа и устройства являются затруднения при съеме электрического тока.

Задачей изобретения является упрощение условий и средств для съема электрического тока.

Поставленная задача решается за счет того, что для осуществления способа работы тепловой электрической реакторной машины последняя выполнена в виде кольцевого реактивного мотора внутреннею сгорания, снабженного униполярным электрическим генератором постоянного тока, реактором с электролизером и топливными элементами, размещенного в общем корпусе, причем все основные детали машины выполнены в виде плоских прямоугольных колец и полых прямоугольных цилиндров, все кольца монтируют в горизонтальном положении, а цилиндры - в вертикальном положении, ведущий вал выполнен с полостью и с жестко скрепленным кольцевым нагнетателем воздуха - окислителя и полым цилиндрическим ротором, вертикально монтируют их с возможностью свободного вращения в центровых отверстиях основания и крышки корпуса и ресивера, неподвижную кольцевую камеру сгорания выполняют с предкамерой смешения, обособленными и вспомогательными камерами сгорания и размещают над нагнетателем воздуха и жестко скрепляют с днищем ресивера, последний изготавливают из полых коаксиально расположенных цилиндров и жестко скрепляют с крышкой корпуса, на внутренней образующей ротора на некотором расстоянии друг от друга жестко монтируют над камерой сгорания кольцевые рабочие приставки, аналогичные неподвижные кольцевые реактивные приставки устанавливают между кольцевыми рабочими приставками и жестко монтируют на наружной образующей ресивера над выходными соплами для расширяющихся газов из обособленных и вспомогательных камер сгорания, в толще тела рабочих и реактивных приставок выполняют рабочие параллельные каналы. При этом отработавшие газы из первых рабочих каналов направляют на повторное использование во вспомогательные камеры сгорания, а из последних полностью отработавшие газы направляют в атмосферу, в камере сгорания обособленные и вспомогательные камеры сгорания заключают в каналы с проточной охлаждающей жидкостью, последнюю уже перегретую направляют во вспомогательные камеры сгорания, где ее превращают в пар и интенсивно смешивают с отработавшими газами и с непрореагировавшими реагентами и продуктами реакции реактора, образовавшаяся смесь вступает в электрохимическую реакцию с нагретым добела каталитическим сопротивлением, при этом образуются топливо и окислитель с выделением тепла, а непрореагировавшие реагенты, получая выделившиеся тепло, расширяются и со сверхзвуковой скоростью поступают в рабочие каналы для совершения полезной работы. Статор с катушками возбуждения и с впрессованной в их полость электропроводящей металлической втулкой униполярного электрического генератора и электродвигателя постоянного тока жестко монтируют в полости корпуса машины, ротор машины с напрессованной по наружной образующей и впрессованной по внутренней образующей цилиндра электропроводящей металлической втулкой служит при этом якорем, причем рабочие приставки в виде постоянных магнитов с катушками возбуждения, закрепленными по внутренней образующей, служат вращающимся статором, а наружная образующая ресивера служит неподвижным якорем и снабжена электропроводящей втулкой, в полости ресивера размещают диэлектрическую емкость, которую разделяют горизонтальной диафрагмой на обособленные емкости для электролизера для топливных элементов, а вертикальной диафрагмой - на катодную и анодную полости. Причем продукты электролиза в виде водорода и кислорода направляют обособленно к топливным элементам, непрореагировавшие реагенты с продуктами химической реакции в виде воды или пара направляют во вспомогательные камеры сгорания, образовавшиеся топливо и окислитель направляют в обособленные камеры сгорания, в охлаждающую жидкость добавляют ионизированные щелочные металлы с образованием низкотемпературной плазмы, которую направляют со сверхзвуковой скоростью в рабочий канал, где посредством инертных электроуловителей, выполненных в виде вкладышей-электродов из жаропрочных металлокерамических материалов, осуществляют токосъем, токосъем также осуществляют с кольцевых электродов генератора, контактирующих с электролитом в электролизере, и/или с электроконтактных колец твердыми щетками, смонтированными на ведущем валу.

Поставленная задача решается и за счет того, что тепловая электрическая реакторная машина снабжена дополнительным корпусом со статором, якорем, токосъемными кольцами с щетками и крышками с подшипниками, образующими электрическую машину, и реактором с электролизером и топливными элементами, причем мотор, электрическая машина, реактор с электролизером и топливными элементами расположены в общем корпусе, основные детали выполнены в виде плоских прямоугольных колец и полых прямоугольных цилиндров, все кольца смонтированы в горизонтальном положении, а цилиндры - в вертикальном положении с расположением их вертикальных осевых линий вдоль одной прямой. На ведущем валу, имеющем полость, жестко смонтирован кольцевой двухступенчатый нагнетатель воздуха, на его периферии установлен цилиндрический ротор, в полости последнего жестко размещены на определенном расстоянии друг от друга кольцевые рабочие приставки, между которыми размещены неподвижные кольцевые реактивные приставки и жестко зафиксированы на наружной образующей ресивера, состоящего из коаксиально установленных на кольцевом основании двух цилиндров, торцы которых герметично скреплены с крышкой корпуса, а к днищу ресивера жестко прикреплена кольцевая камера сгорания, в теле которой выполнены предкамера смешения рабочего топлива с возможностью образования ультразвуковой аэрозольной топливной смеси, обособленные камеры сгорания топливной смеси, водорода и кислорода и вспомогательная камера сгорания для электрохимической реакции отработавших газов, паров охлаждающей жидкости, непрореагировавших реагентов и продуктов химической реакции в топливных элементах. Причем обособленные и вспомогательная камеры сгорания заключены в канал с проточной охлаждающей жидкостью, в теле рабочих и реактивных приставок над выходными соплами Лаваля камер сгорания выполнены обособленные параллельные по вертикали коленообразные сужающе-расширяющиеся рабочие каналы с окнами и полукольцами в них, изготовленными из жаропрочных металлокерамических материалов и электрически связанными с якорем, при этом первые каналы оснащены каналом перепуска отработавших газов во вспомогательные камеры сгорания, а вторые - выпускным клапаном для выпуска отработавших газов в атмосферу. Статор униполярного электрогенератора и электродвигателя постоянного тока с коаксиальными катушками возбуждения и с впрессованными электропроводящими металлическими втулками смонтированы в полости корпуса машины, полый ротор-якорь с напрессованной по наружной и с впрессованной по внутренней образующим электропроводящими втулками изготовлен единой деталью и для генератора и для электродвигателя, рабочие приставки выполнены в виде подвижного статора из постоянных магнитов или на их внутренней образующей установлены катушки возбуждения со втулкой, а наружная образующая ресивера со втулкой выполнены в виде неподвижного якоря. Ведущий вал со своими нагнетателем и ротором-якорем с рабочими приставками установлены с возможностью свободного вращения в центровых отверстиях основания крышки корпуса, камеры сгорания и ресивера, при этом нагнетатель воздуха и ротор-якорь с рабочими приставками служат инерционным маховиком, на ведущем валу смонтированы контактные кольца с щетками и контактные полукольца с возможностью обособленного контакта в анодной и катодной полостях электролизера через электролит с электродами, кольца и полукольца электрически связаны со втулками якоря. В полости ресивера установлена диэлектрическая емкость, которая разделена диафрагмами по горизонтали, в образованной нижней полости смонтирован электролизер, а в верхней - топливные элементы, и по вертикали - на анодную и катодную полости, в которых установлены электроды, топливные элементы снабжены каналами обособленного приема из электролизера топлива и окислителя и каналами перепуска.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично изображена тепловая электрическая реакторная машина.

Тепловая машина содержит корпус 1 с крышкой 2, нагнетатель 3 воздуха, ведущий вал 4, ротор-якорь 5, рабочие приставки 6, камеру 7 сгорания, ресивер 8, реактивные приставки 9, статор 10, катушки 11 возбуждения, втулку 12 электропроводящую статора, втулку 13 электропроводящую ротора, полукольца 34 электропроводящие, электролизер 14, диэлектрическую емкость 15, глухую перегородку 16, окна 17 токосъема, основные электроды 18, диафрагмы 19, газовый резервуар 20, топливные элементы 21, перегородки 22, сборник 23 продуктов реакции, электроды 24 топливных элементов, инертный электроуловитель 25, вкладыши 26, катушку 27 возбуждения, электропроводящую втулку 28, электрод 29 электроуловителя, металлические втулки 33, первые каналы 30, вторые каналы 31, коленообразный (зигзагообразный) рабочий канал 32.

Тепловая машина.

Тепловая машина, т.е. кольцевой реактивный мотор внутреннего сгорания, представляет собой плоские кольца, ступицы, цилиндры, крышки, которые в поперечном осевом разрезе выполнены прямоугольной формы.

Их вертикальные осевые линии в сборе составляют одну единую прямую линию.

Горизонтальные осевые линии всех плоских колец, ступиц, цилиндров, ведущего вала и крышки в сборе составляют параллельные прямые линии, перпендикулярные вертикальной осевой линии.

Все плоские прямоугольные кольца и крышки в моторе смонтированы в горизонтальном положении, а все цилиндры, вал, втулка и ступица - в вертикальном положении.

Все имеющие возможности вращения кольца, втулка, цилиндры и ведущий вал вращаются только на своей собственной осевой линии и только в одну сторону.

Корпус 1 машины включает в себя полый цилиндр, кольцевое основание со ступицей, двухкольцевую составную крышку.

Корпус 1 - полый цилиндр, своими нижними торцами вертикально жестко установлен на периферии кольцевого основания. На нижней плоскости основания соосно с центровым отверстием жестко скреплена направляющая ступицы. На периферии плоскости основания по всему периметру выполнены сквозные, в виде направляющего аппарата, окна для впуска воздуха в машину. На наружной образующей корпуса выполнены проушины для крепления его к раме машины.

Крышка 2 корпуса выполнена в виде двух составных на одной плоскости и жестко скрепленных между собой колец с центровым отверстием. Крышка периферийным торцом, с возможностью разъема, жестко скреплена с верхним торцом корпуса 1 и оснащена выпускным клапаном отработавших газов.

Нагнетатель 3 окислителя состоит из кольца, втулки, крышек и вентиляционных лопаток.

На нижней плоскости кольца, соосно с центральным отверстием, жестко установлена направляющая втулка, которая имеет возможность свободного вращения в ступице корпуса 1, причем сама втулка центровым отверстием жестко соединена с ведущим валом 4.

На нижней и верхней плоскостях кольца нагнетателя 3 выполнены радиальные, равномерно размещенные дугообразные ребра, которые образовали собою каналы в виде секторов, соединяющихся между собой поочередно в центровой части, а затем у периферийной части кольца нагнетателя.

Нижняя плоскость кольца с ребрами закрыта крышкой и образовала первую ступень нагнетателя; верхняя плоскость кольца с ребрами закрыта крышкой и образовала собой вторую ступень нагнетателя окислителя.

Первая ступень нагнетателя связана на периферии со второй ступенью перепускными отверстиями малого диаметра, а верхняя крышка второй ступени содержит в центровой части аналогичные выпускные отверстия для сжатого воздуха-окислителя.

Всас воздуха осуществлен через впускные окна, образованные в торцах первой ступени в первых очередных секторах каналов, а перепуск воздуха с первой во вторую ступень осуществляют через отверстия из вторых смежных, глухих по торцу, секторных каналов.

На наружной образующей торца кольца нагнетателя 3 по всему периметру между впускными окнами воздуха смонтированы всасывающие воздух вентиляторные лопатки.

Наружный размер диаметра нагнетателя 3, с учетом размера вентиляторных лопаток, равен внутреннему размеру диаметра корпуса 1.

Ведущий вал 4 выполнен по наружной образующей цельным ступенчатым цилиндром. Верхняя половина ведущего вала 4 выполнена полым цилиндром.

На нижней половине ведущего вала 4 жестко смонтирован нагнетатель 3.

Ведущий вал 4 с нагнетателем 3, через втулку последнего, вертикально установлен в корпусе 1 с возможностью вертикального вращения в ступице корпуса 1 и в центровом отверстии составной крышки 2.

Съем механической энергии осуществлен как с нижнего, так и с верхнего концов вала.

Ротор 5 выполнен в виде полого цилиндра, который жестко вертикально смонтирован на верхней периферийной плоскости нагнетателя 3.

Наружный диаметр ротора 5 и наружный диаметр нагнетателя 3, без учета размера вентиляторных лопаток, тождественны.

Внутренняя образующая цилиндра ротора 5 выполнена ступенчато. На каждой ступени, но с возможностью при необходимости съема, в фиксированном положении на определенном расстоянии друг от друга установлены рабочие приставки 6, которые выполнены в виде колец.

Нижняя рабочая приставка 6 своей верхней плоскостью и последующая приставка 6 своей нижней плоскостью и внутренняя образующая нижней ступени цилиндра ротора 5 образовали собой открытую в сторону ведущего вала 4 полость. Таких полостей образовано несколько.

Каждая рабочая приставка 6 в своем теле между верхней и нижней плоскостями содержат кольцеобразные сужающе-расширяющиеся сквозные окна, которые разделены по вертикали на две равные половины - каналы 30 и 31.

В нижней рабочей приставке 6 количество выполненных кольцеобразных окон соответствует количеству обособленных камер сгорания, размещенных в самой основной камере сгорания 7. Следующая рабочая приставка 6 содержит несколько большее количество коленообразных окон, чем нижняя и т.д.

Камера сгорания 7 с предкамерой смешения выполнена одним кольцом с крышкой из двух составных колец.

Предкамера смешения образована в теле на верхней плоскости кольца у центрового отверстия, дно предкамеры смешения оснащено сквозными малого диаметра отверстиями. Осевые линии этих отверстий и осевые линии отверстий, выполненных в крышке нагнетателя 3, расположены на одной прямой. Через эти отверстия в предкамеру смешения под избыточным давлением пульсирующими струями, образующими ультразвуковое излучение, поступает воздух-окислитель, а по трубкам, через отверстия крышки, поступает распылом из форсунки любое жидкое топливо. Воздух-окислитель и жидкое топливо интенсивно смешиваются и образуют ультразвуковую аэрозольную топливную смесь с повышенной температурой и давлением, получаемую при сжатии воздуха-окислителя и от косвенного охлаждения самой камеры сгорания.

В предкамере смешения обособленно размещены дозаторы подачи ультразвуковой аэрозольной топливной смеси в обособленные камеры сгорания, а также пара от охлаждающей жидкости, отработавших газов и непрореагировавших газов с продуктами химической реакции, образовавшихся в топливных элементах - во вспомогательные камеры сгорания.

Дозатор выполнен из полого цилиндра, а в его полости размещен вплотную цельный цилиндр. Полый цилиндр и цельный цилиндр содержат диаметральные отверстия для перепуска топлива и парогазовой смеси, причем отверстия цельного цилиндра содержат сегментные вырезы, которые обеспечивают количественную подачу топлива или паров.

Подвижность внутреннего цилиндра дозатора обеспечена подвижной деталью, механически связанной с устройством, размещенной на крышке 2.

В теле кольца камеры сгорания 7, смежно с предкамерой смешения, выполнены несколько, в данном случае четыре, обособленные камеры сгорания топливной смеси, а за каждой обособленной камерой сгорания выполнены вспомогательные камеры сгорания.

Все, т.е. обособленные и вспомогательные камеры сгорания, оснащены выпускным соплом Лаваля, причем расширяющиеся газы получают сверхзвуковое истечение, совершают полезную работу в коленообразном рабочем канале, который разделен для газов обособленных камер сгорания и для газов вспомогательных камер сгорания.

Отработавшие газы обособленных камер сгорания, потеряв давление и с сохранившейся частично температурой, направляются для повторного использования во вспомогательные камеры сгорания, а отработавшие газы вспомогательных камер сгорания, полностью потеряв и давление, и температуру, через клапан в крышке 2 направляются в атмосферу.

Обособленные камеры сгорания оснащены электрической свечой зажигания топливной смеси.

Вспомогательные камеры сгорания оснащены каталитическим сопротивлением, электрически нагреваемым до белого цвета.

Обособленные и вспомогательные камеры сгорания, в самой камере сгорания 7, заключены в водяные рубашки в виде каналов, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Последняя поступает по трубкам под избыточным давлением из обособленной емкости.

Наружный диаметр камеры сгорания 7 равен внутреннему диаметру цилиндра ротора 5 с возможностью свободного вращения последнего по отношению к камере сгорания 7.

Камера сгорания 7 нижней плоскостью установлена над нагнетателем 3 окислителя, а в верхней - под нижней плоскостью рабочей приставки 6 ротора 5, причем предкамера смешения размещена под дном ресивера и жестко с ним скреплена.

Ведущий вал 4 имеет возможность свободного вращения в центровом отверстии камеры сгорания 7.

Ресивер 8 изготовлен из двух, разного диаметра, цилиндров, которые вертикально и коаксиально, жестко установлены на кольцевом плоском основании. Внутренний диаметр центрового отверстия основания, внутренний диаметр внутреннего цилиндра и наружный диаметр ведущего вала 4 тождественны, причем последний имеет возможность свободного вращения в этой полости.

Нижняя плоскость основания ресивера 8 и крышка предкамеры смешения камеры сгорания 7 смонтированы жестко.

Верхний торец наружного цилиндра жестко скреплен с периферийным кольцом крышки 2, а верхний торец внутреннего цилиндра жестко скреплен с внутренним кольцом крышки 2.

На внутренней образующей наружного цилиндра смонтированы герметичные карманы для размещения в них монтажной технологической оснастки.

Наружная образующая наружного цилиндра ресивера 8 выполнена ступенчато. На каждой ступени жестко, но с возможностью при необходимости съема, в фиксированном положении на определенном расстоянии друг от друга установлены реактивные приставки 9, которые выполнены в виде колец.

Нижняя реактивная приставка 9 своей нижней плоскостью установлена над верхней плоскостью нижней рабочей приставки 6, т.е. нижняя реактивная приставка 9 размещена в открытой полости, образованной рабочими приставками 6.

Все последующие выше размещенные реактивные приставки 9 размещены в открытых полостях, образованных рабочими приставками 6.

Каждая реактивная приставка 9 в своем теле между нижней и верхней плоскостями содержит коленообразные сквозные окна. Эти окна расположены против подобных же окон, размещенных в теле рабочих приставок 6.

Коленообразные окна рабочих приставок 6 и коленообразные окна реактивных приставок 9 образовали собою зигзагообразный сужающе-расширяющийся рабочий канал, в котором кинетическая энергия расширяющихся газов превращается в механическую энергию.

Зигзагообразный рабочий канал разделен на две рабочие половины: в одной половине совершают полезную работу расширяющиеся газы обособленных камер сгорания, а во второй половине совершают полезную работу расширяющиеся газы вспомогательных камер сгорания.

Количество коленообразных окон в каждом кольце во всех реактивных приставках 9 соответствует количеству обособленных камер сгорания или количеству коленообразных окон, размещенных в одной первой - нижней рабочей приставке 6.

Особо подвергающаяся температурному воздействию часть коленообразных окон рабочих и реактивных приставок, составляющих рабочий канал машины, выполнены в виде вкладышей-электродов из жаропрочных и металлокерамических материалов, которые электрически связаны с электропотребителем.

Все реактивные приставки 9 своими поверхностями и образующими максимально приближены к поверхностям и образующим рабочих приставок 6, но с возможностью свободного осевого вращения последних в первых, т.е. среди реактивных приставок 9. В необходимых случаях выполняются между плоскостями камеры сгорания 7 и рабочих 6 и реактивных 9 приставок недвижущиеся кольцевые лабиринтные уплотнения.

Потребное количество приставок 6 и 9, обособленных и вспомогательных камер сгорания 7, рабочих каналов определяется требуемой мощностью машины расширяющихся газов на получение полезной работы.

Возврат отработавших газов из обособленных камер сгорания во вспомогательные камеры сгорания осуществлен из одной верхней реактивной приставки 9 через вертикальные отверстия, образованные в теле наружного цилиндра ресивера 8, и дозатор, который размещен в предкамере смешения.

Электромашина в прямом исполнении
Неподвижный статор 10 униполярной электрической машины постоянного тока (УЭМПТ) набран из магнитомягкого электротехнического материала, собран в кольцевые пакеты и жестко смонтирован в полости корпуса 1. Сам статор 10 состоит из двух частей, изолированных друг от друга немагнитной прокладкой; одна его часть используется униполярным генератором (УГ), а другая - униполярным двигателем (УД). Далее они будут именоваться однокорпусный двухпакетный статор 10.

Катушка 11 возбуждения выполнена кольцеобразной обмоткой из изолированного провода.

Катушки 11 возбуждения жестко и коаксиально смонтированы в теле статора 10, в данном случае обособленно для униполярного генератора и для униполярного электрического двигателя.

На всю высоту внутренней образующей статора 10 и по всему его периметру жестко вмонтирована хорошо электропроводящая металлическая втулка 12.

Ротор-якорь 5 униполярного генератора и электродвигателя выполнен единой одноякорной деталью из ферромагнитного материала и служит одновременно магнито- и токопроводом.

Якорь 5 представляет собою массивный полый цилиндр, жестко смонтированный с нагнетателем окислителя 3.

На всю высоту наружной и внутренней образующих цилиндра якоря 5 и по всему его периметру жестко напрессованы и впрессованы хорошо электропроводящие металлические втулки 13, которые аналогичны втулке 12 статора 10. Втулки 13 якоря 5 верхними торцами электрически соединены, а нижними торцами каждая обособлена с диаметральным расположением, преобразуются в изолированный гибкий электрокабель.

Каждый электрокабель радиально и герметично уложен в пазы, которые образованы на крышке нагнетателя 3 и через диаметральные отверстия в ведущем валу 4 введены в полость последнего, а их концы выведены к токосъемным кольцам, смонтированным у торца ведущего вала 4. Токосъем осуществлен твердыми неподвижными электрощетками.

В необходимых случаях токосъем большой мощности и с низким напряжением осуществлен с помощью жидкого электролита через электроды. Для этого каждый электрический кабель имеет ответвления, которые обособленно электрически связаны с хорошо электропроводящими полукольцами 34.

Эти электрополукольца 34 диаметрально и на разном уровне размещены на наружной образующей ведущего вала 4, имеют возможность через образованные и диаметрально расположенные окна 17 токосъема в стенках внутреннего цилиндра ресивера и диэлектрической емкости 15 обособленно контактировать с электропроводящим электролитом. Электродами 18 через электролит осуществляется электросъем.

Электромашина в обратимом исполнении
Подвижным статором обратимой электромашины служат рабочие приставки 6, которые выполнены из электротехнического материала. В пазах, образованных на внутренней образующей рабочей приставки 6, установлены и жестко закреплены кольцеобразные катушки 27 возбуждения из изолированного электропровода.

Катушки 27 возбуждения электрически подключены к электропроводящим втулкам 13 якоря 5.

Количество катушек 27 возбуждения или их замена на постоянные магниты статора определяется требуемой мощностью объекта.

Неподвижным якорем обратимой электромашины служит наружная образующая наружного цилиндра ресивера 8. На всю высоту неподвижного якоря и по всему его периметру напрессована жестко хорошо электропроводящая металлическая втулка 28 с прорезями в местах жесткого соединения реактивных 9 приставок на наружной образующей наружного цилиндра ресивера 8.

На всю высоту внутренней образующей рабочих приставок 6 и над катушками 27 возбуждения по всему периметру впрессованы жестко хорошо электропроводящие металлические втулки 33.

Токосъем с электропроводящей втулки 28 осуществлен электрокабелем, проложенным в карманах технологической оснастки ресивера 8.

Реактор
Реактор представляет собой совокупность электролизного устройства, топливных элементов и инертного электроуловителя.

Электролизер 14 в предлагаемом устройстве содержит сосуд, электроды и диафрагмы.

Сосудом для электролизера 14 служит полость ресивера 8, в которую установлена диэлектрическая емкость 15. Емкость 15 горизонтально разделена на две равные половины специальной диафрагмой, которая обеспечивает разделение катодного и анодного пространства и не допускает смешение получаемых продуктов химической реакции, т.е. водорода с кислородом. Диафрагма на чертеже не показана.

В каждой половине электролизера 14 в стенках ресивера 8 и диэлектрической емкости 15, напротив токосъемно-подающих полуколец 13а, размещенных на ведущем валу 4, диаметрально противоположно друг другу выполнены чередующиеся токосъемно-подающие окна 17.

Через эти окна 17 щелочной электролитный раствор, постоянно подаваемый по трубкам через крышку 2 одновременно в каждую половину электролизера 14, имеет возможность электроконтактирования и вступать в химическую реакцию с основными электродами 18.

Основные токоведущие электроды 18 диаметрально противоположно вертикально размещены каждый в одной из половин электролизера 14 и верхними концами жестко герметично закреплены в верхней съемной крышке 2 и в глухой перегородке 16.

Электроды 18 для осуществления химической реакции в процессе электролиза имеют возможность непосредственного приема в потребном количестве электрического тока из щелочного раствора от электропроводящих полуколец 34 или непосредственно от постоянного независимого источника тока, накопленного в аккумуляторных батареях.

В полости электролизера 14 и несколько ниже глухой перегородки 16 и аналогично последней установлена диафрагма 19, служащая для отделения газовых продуктов, полученных в процессе химической реакции раствора щелочи на основных электродах 18 непосредственно от электролита.

Глухая перегородка 16 и диафрагма 19 образовали собой полость в виде приемника, т. е. газового резервуара 20. Резервуар 20, в зависимости от удобства приема газов в топливные элементы, разделен на обособленные части диаметрально на две половины или на несколько секторов, или на две круговые половины.

В данной плоскости диэлектрической 15 емкости и ресивера 8 выполнены сквозные перепускные окна для поступления обособленно ионизированного раствора щелочи в канал для охлаждения камеры сгорания 7 и остатков, не прореагировавших в химическом процессе водорода и кислорода совместно с продуктами реакции во вспомогательные камеры сгорания.

Тепловой элемент 21 как устройство содержит сосуд, электроды, газопароводоприемник и электролит.

Сосудом для водородно-кислородных топливных элементов 21 служит верхняя половина диэлектрической емкости 15, которая снабжена глухой перегородкой 22. Последняя 22 и нижняя плоскость кольцевой крышки 2 образовали собой сборник 23 для приема не прореагировавших в химическом процессе реакции водорода и кислорода, а также образовавшихся продуктов реакции в виде воды или водяного пара.

Эти газы, вода или водяной пар по трубкам эжекцией забираются во впускной канал вспомогательной камеры сгорания 7.

В сосуде диэлектрической емкости 15 размещено максимальное количество водородно-кислородных топливных элементов 24.

На катодно-анодные инертные электроды 24 непрерывно и обособленно поступают из газового резервуара 20 электролизера 14 водород и кислород.

В топливном элементе 24, являющемся как электрохимическим генератором, осуществляется химическая реакция взаимодействия водорода как топлива с кислородом как окислителем, при этом химическая энергия горючего непосредственно превращается в электрическую энергию ("Электрохимические генераторы" Н.В.Коровин. М., Энергия, 1974 г.).

В случае отсутствия потребности в электроэнергии топливный элемент в обратимом порядке работает в качестве электролизера и вырабатывает топливо и окислитель, т. е. водород и кислород. Последние используются в обособленных камерах сгорания.

Инертный электроуловитель 25.

В предлагаемой тепловой машине используется ультразвуковая аэрозольная топливная смесь с наличием небольшой добавки жидких щелочных металлов, обладающих низким потенциалом ионизации.

Бурное сгорание этой топливной смеси в обособленных камерах сгорания и сверхзвуковая скорость перемещения продуктов сгорания из сопла Лаваля обеспечили получение низкотемпературной плазмы с высокой ионизационной электропроводностью.

В тепловой машине рабочие каналы 32 со своими сужающе-расширяющимися окнами выполнены в виде вкладышей-электроуловителей 25 из жаропрочного высокоэлектропроводного и керамического материалов.

С целью получения больших электрических мощностей в ограниченное время и использования его на получение полезной работы машины осуществлен съем электрического тока с низкотемпературной плазмы посредством электроуловителей 25, которые электрически соединены с потребителем электроэнергии.

Изобретение обеспечивает токосъем большой мощности с низким напряжением.

Тепловая машина и способ ее работы предназначены для использования при создании автономных источников электроэнергии. Машина представляет собой кольцевой реактивный мотор внутреннего сгорания и содержит неподвижные элементы (корпус с крышкой, камера сгорания, предкамера смешения, ресивер с реактивными приставками) и подвижные элементы (ведущий вал, нагнетатель воздуха, ротор с рабочими приставками). В результате всасывания и сжатия воздуха-окислителя, смесеобразования рабочего топлива, воспламенения, сжигания и расширения газов и выпуска отработавших газов осуществляется получение и преобразование электрической и механической энергий. Изобретение обеспечивает упрощение условий токосъема большой мощности с низким напряжением. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы тепловой электрической реакторной машины, включающий всасывание и сжатие воздуха-окислителя, смесеобразование рабочего топлива, воспламенение, сгорание и расширение газов, выпуск отработавших газов с последующим получением и преобразованием электрической энергии в механическую, отличающийся тем, что машина выполнена в виде кольцевого реактивного мотора внутреннего сгорания, снабженного униполярным электрическим генератором постоянного тока, реактором с электролизером и топливными элементами, размещенного в общем корпусе, причем все основные детали машины выполнены в виде плоских прямоугольных колец и полых прямоугольных цилиндров, все кольца монтируют в горизонтальном положении, а цилиндры - в вертикальном положении, ведущий вал выполнен с полостью и с жестко скрепленным кольцевым нагнетателем воздуха-окислителя и полым цилиндрическим ротором, вертикально монтируют их с возможностью свободного вращения в центровых отверстиях основания и крышки корпуса и ресивера, неподвижную кольцевую камеру сгорания выполняют с предкамерой смешения, обособленными и вспомогательными камерами сгорания и размещают над нагнетателем воздуха и жестко скрепляют с днищем ресивера, последний изготавливают из полых коаксиально расположенных цилиндров и жестко скрепляют с крышкой корпуса, на внутренней образующей ротора на некотором расстоянии друг от друга жестко монтируют над камерой сгорания кольцевые рабочие приставки, аналогичные неподвижные кольцевые реактивные приставки устанавливают между кольцевыми рабочими приставками и жестко монтируют на наружной образующей ресивера над выходными соплами для расширяющихся газов из обособленных и вспомогательных камер сгорания, в толще тела рабочих и реактивных приставок выполняют рабочие параллельные каналы, отработавшие газы из первых рабочих каналов направляют на повторное использование во вспомогательные камеры сгорания, а из последних полностью отработавшие газы направляют в атмосферу, в камере сгорания обособленные и вспомогательные камеры сгорания заключают в каналы с проточной охлаждающей жидкостью, последнюю уже перегретую направляют во вспомогательные камеры сгорания, где ее превращают в пар и интенсивно смешивают с отработавшими газами и с непрореагировавшими реагентами и продуктами реакции реактора, образовавшаяся смесь вступает в электрохимическую реакцию с нагретым добела каталитическим сопротивлением, при этом образуются топливо и окислитель с выделением тепла, а непрореагировавшие реагенты, получая выделившееся тепло, расширяются и со сверхзвуковой скоростью поступают в рабочие каналы для совершения полезной работы, статор с катушками возбуждения и с впрессованной в их полость электропроводящей металлической втулкой униполярного электрического генератора и электродвигателя постоянного тока жестко монтируют в полости корпуса машины, ротор машины с напрессованной по наружной образующей и впрессованной по внутренней образующей цилиндра электропроводящей металлической втулкой служит при этом якорем, причем рабочие приставки в виде постоянных магнитов с катушками возбуждения, закрепленными по внутренней образующей, служат вращающимся статором, а наружная образующая ресивера служит неподвижным якорем и снабжена электропроводящей втулкой, в полости ресивера размещают диэлектрическую емкость, которую разделяют горизонтальной диафрагмой на обособленные емкости для электролизера и для топливных элементов, а вертикальной диафрагмой - на катодную и анодную полости, продукты электролиза в виде водорода и кислорода направляют обособленно к топливным элементам, непрореагировавшие реагенты с продуктами химической реакции в виде воды или пара направляют во вспомогательные камеры сгорания, образовавшиеся топливо и окислитель направляют в обособленные камеры сгорания, в охлаждающую жидкость добавляют ионизированные щелочные металлы с образованием низкотемпературной плазмы, которую направляют со сверхзвуковой скоростью в рабочий канал, где посредством инертных электроуловителей, выполненных в виде вкладышей-электродов из жаропрочных металлокерамических материалов, осуществляют токосъем, токосъем также осуществляют с кольцевых электродов генератора, контактирующих с электролитом в электролизере, и/или с электроконтактных колец твердыми щетками, смонтированными на ведущем валу. 2. Тепловая электрическая реакторная машина, содержащая кольцевой реактивный мотор внутреннего сгорания, имеющий корпус, ведущий вал, системы впуска и сжатия воздуха-окислителя, смесеобразования и сгорания рабочего топлива, расширения газов, выпуска отработавших газов и систему охлаждения, отличающаяся тем, что снабжена дополнительным корпусом со статором, якорем, токосъемными кольцами с щетками и крышками с подшипниками, образующими электрическую машину, и реактором с электролизером и топливными элементами, причем мотор, электрическая машина, реактор с электролизером и топливными элементами расположены в общем корпусе, основные детали выполнены в виде плоских прямоугольных колец и полых прямоугольных цилиндров, все кольца смонтированы в горизонтальном положении, а цилиндры - в вертикальном положении с расположением их вертикальных осевых линий вдоль одной прямой, на ведущем валу, имеющем полость, жестко смонтирован кольцевой двухступенчатый нагнетатель воздуха, на его периферии установлен цилиндрический ротор, в полости последнего жестко размещены на определенном расстоянии друг от друга кольцевые рабочие приставки, между которыми размещены неподвижные кольцевые реактивные приставки и жестко зафиксированы на наружной образующей ресивера, состоящего из коаксиально установленных на кольцевом основании двух цилиндров, торцы которых герметично скреплены с крышкой корпуса, а к днищу ресивера жестко прикреплена кольцевая камера сгорания, в теле которой выполнены предкамеры смешения рабочего топлива с возможностью образования ультразвуковой аэрозольной топливной смеси, обособленные камеры сгорания топливной смеси, водорода и кислорода и вспомогательная камера сгорания для электрохимической реакции отработавших газов, паров охлаждающей жидкости, непрореагировавших реагентов и продуктов химической реакции в топливных элементах, причем обособленные и вспомогательная камеры сгорания заключены в канал с проточной охлаждающей жидкостью, в теле рабочих и реактивных приставок над выходными соплами Лаваля камер сгорания выполнены обособленные параллельные по вертикали коленообразные сужающе-расширяющиеся рабочие каналы с окнами и полукольцами в них, изготовленными из жаропрочных металлокерамических материалов и электрически связанными с якорем, при этом первые каналы оснащены каналом перепуска отработавших газов во вспомогательные камеры сгорания, а вторые - выпускным клапаном для выпуска отработавших газов в атмосферу, статор униполярного электрогенератора и электродвигателя постоянного тока с коаксиальными катушками возбуждения и с впрессованными электропроводящими металлическими втулками смонтированы в полости корпуса машины, полый ротор-якорь с напрессованной по наружной и с впрессованной по внутренней образующим электропроводящими втулками изготовлен единой деталью и для генератора и для электродвигателя, рабочие приставки выполнены в виде подвижного статора из постоянных магнитов или на их внутренней образующей установлены катушки возбуждения со втулкой, а наружная образующая ресивера со втулкой выполнены в виде неподвижного якоря, ведущий вал со своими нагнетателем и ротором-якорем с рабочими приставками установлены с возможностью свободного вращения в центровых отверстиях основания крышки корпуса, камеры сгорания и ресивера, при этом нагнетатель воздуха и ротор-якорь с рабочими приставками служат инерционным маховиком, на ведущем валу смонтированы контактные кольца с щетками и контактные полукольца, с возможностью обособленного контакта в анодной и катодной полостях электролизера через электролит с электродами, кольца и полукольца электрически связаны со втулками якоря, в полости ресивера установлена диэлектрическая емкость, которая разделена диафрагмами по горизонтали, в образованной нижней полости смонтирован электролизер, а в верхней - топливные элементы, и по вертикали - на анодную и катодную полости, в которых установлены электроды, топливные элементы снабжены каналами обособленного приема из электролизера топлива и окислителя и каналами перепуска.