РАДИАЦИОННО-МАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2014 года по МПК G21H3/00 H02N11/00 H02N10/00 

Изобретение относится к области прямого преобразования энергии ядерного излучения радиоактивных изотопов и отходов атомных реакторов в механическую энергию вращения жидкости или твердотельного вала полезной нагрузки и может быть использовано в качестве силового привода различных механизмов, электрогенераторов и транспортных средств.

Известен магнито-тепловой двигатель, содержащий корпус с зонами нагрева и охлаждения и наклонным поддоном для охлаждающей жидкости, установленный в корпусе на подшипниках ротор в виде полого цилиндра из термомагнитного материала с закрепленными на его наружной поверхности лопастями в виде открытых сзади карманов, а также закрепленный на корпусе входной патрубок для подачи на лопасти по ходу их движения теплоносителя и выходной патрубок, постоянный магнит, размещенный на границе зон нагрева и охлаждения от источника охлаждающей жидкости (авторское свидетельство СССР №1295027, F03G 7/00).

Существенным недостатком таких двигателей является их низкое быстродействие, скорость вращения и мощность, обусловленные большой инерционностью процессов теплообмена при использовании обычных видов топлива и источников энергии.

Известен также радиационно-магнитный двигатель Шпади, содержащий статор с постоянным магнитом, ферромагнитный ротор, средства отвода тепла и систему изменения магнитных свойств ротора, который выполнен стаканообразным из радиационно-чувствительного ферромагнитного материала. При этом система изменения магнитных свойств ротора выполнена в виде двух полуцилиндров, размещенных на общей полуоси соосно ротору, один из которых прозрачен для потока элементарных частиц источника радиоактивного излучения, расположенного в центре полуцилиндров, другой является радиационным экраном для этого излучения, а вся система изменения магнитных свойств снабжена устройством для ее поворота вокруг собственной полуоси. (авторское свидетельство СССР №584089, F03G 7/00)

Недостатком этого двигателя является технологическая сложность эффективного охлаждения быстровращающегося твердотельного ротора и его динамическая балансировка и равномерная нагрузка в условиях радиации.

Техническая задача заявляемого изобретения состоит в том, чтобы усовершенствовать условия эксплуатации путем исключения необходимости динамической балансировки и осуществления теплопередачи и нагрузки за пределами действия радиации и повысить эффективность охлаждения двигателя.

Заявляется:

Радиационно-магнитный двигатель, содержащий радиационно-защитный статор с постоянным магнитом, размещенный внутри него ферромагнитный ротор, выполненный с использованием радиационно-чувствительного материала, средства отвода тепла охлаждающей жидкостью и систему изменения магнитных свойств ротора, выполненную в виде двух соединенных и размещенных на общей оси полуцилиндров, один из которых прозрачен для потока элементарных частиц источника радиоактивного излучения, расположенного в центре полуцилиндров, а другой является его экраном, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде неподвижного трубчатого змеевика, размещенного с коаксиальным зазором вокруг полуцилиндров и возможностью плотного сопряжения витков змеевика с внутренней поверхностью статора, и заполненного охлаждающей магнитной жидкостью в виде суспензии радиационно-чувствительных частиц редкоземельных ферромагнетиков и радиационно-стойкого жидкого теплоносителя, который непосредственно сообщается с закрытым гидроприводом, включающим гидроаккумулятор, радиатор охлаждения и лопастную турбину либо объемный гидродвигатель, кинематически связанные с полезной механической нагрузкой.

Кроме того, система изменения магнитных свойств суспензии, включающей редкоземельные ферромагнетики, снабжена самотормозящимся червячным редуктором со штурвалом управления его мощностью.

На фигуре 1 изображена функциональная схема предлагаемого двигателя.

Двигатель имеет неподвижный, радиационно-защитный статор 1 с тангенциальными пазами 2 и размещенным внутри него постоянным радиационно-стойким магнитом 3, в магнитном поле которого размещен соосно статору ферромагнитный ротор, выполненный в виде многовиткового трубчатого змеевика 4. Змеевик 4 заполнен охлаждающей магнитной жидкостью 5 в виде суспензии радиационно-чувствительных наночастиц из редкоземельного ферромагнетика (например, гадолиния) и радиационно-стойкого жидкого теплоносителя, например, кремнийорганической жидкости.

Змеевик 4 непосредственно сообщается с закрытым гидроприводом, включающим гидроаккумулятор 6, радиатор охлаждения 7, а также лопастную турбину 8 либо объемный гидродвигатель (на фигуре показана только лопастная турбина), кинематически связанные с полезной механической нагрузкой 9, в частности, электрогенератором.

Внутри змеевика 4 расположена с небольшим зазором система изменения магнитных свойств ротора (суспензии 5). Система выполнена в виде двух соединенных соосно полуцилиндров 10 и 11, один из которых - полуцилиндр 10 - прозрачен для потока элементарных частиц источника радиоактивного излучения 12, расположенного в центре полуцилиндров. Полуцилиндр 11 является экраном радиоактивного излучения. Полуцилиндры 10 и 11 размещены на общей оси, на которой укреплена шестерня самотормозящегося червячного редуктора, снабженного червячным штурвалом 13 управления мощностью заявляемого двигателя путем управления направлением и скоростью потока суспензии (весь червячный редуктор на фигуре не показан).

При работе предлагаемого двигателя корпускулярное излучение элементарных частиц, например нейтронов n и γ-квантов высокой энергии, от радиоактивного источника 12 вызывает резкое уменьшение магнитных свойств радиационно-чувствительных наночастиц ферромагнетиков в прилегающих к нему витках трубчатого змеевика 4 напротив радиационно-прозрачного полуцилиндра 10. Тогда как его другая часть, расположенная за экранирующим радиационно-стойким полуцилиндром 11, сохраняет магнитные свойства. В магнитном поле вблизи постоянного магнита 3 из радиационно-стойкого материала ферромагнитная суспензия ротора сильно увеличивает свою вязкость. Благодаря восстановлению магнитных свойств в зоне действия экрана и увеличению градиента магнитного поля, необлученные сгустки магнитной жидкости 5, обладающие хорошими магнитными свойствами, будут втягиваться в рабочий зазор постоянного магнита 3, проталкивая всю магнитную жидкость через контур гидропривода. При этом величина и направление перепада давления, создаваемого каждым сгустком магнитной жидкости, будет зависеть от углового положения полуцилиндров 10 и 11 относительно постоянного магнита 3, которое можно изменять поворотом их общей оси при помощи штурвала 13 самотормозящегося червячного редуктора.

За счет последовательного сложения большого количества парциальных перепадов давления отдельных витков трубчатого змеевика 4, на его концах, подключенных к гидроприводу, образуется суммарное давление, которого вполне достаточно для нормального вращения лопастной турбины 8 и полезной нагрузки 9, поскольку за пределами магнитного поля постоянного магнита 3 вязкость магнитной жидкости 5 быстро уменьшается до обычной вязкости минерального масла или радиационно-стойкой кремнийорганической жидкости, способной работать до температуры 200-300°C. Поэтому тепло, образующееся в процессе фазовых преобразований второго рода, эффективно отводится на значительное расстояние самой магнитной жидкостью и утилизируется в окружающее пространство радиатором 7, после которого ее технологические излишки накапливаются в гидро-аккумуляторе 6 и поступают опять во входной виток змеевика 4.

Таким образом, использование суспензии наночастиц редкоземельных ферромагнетиков в качестве рабочего тела и охлаждающей жидкости позволяет практически исключить механическое вращение в зоне облучения и вынести выделение тепла на значительное расстояние, необходимое для его утилизации в процессе приготовления пищи или отопления жилых и производственных помещений. Тем самым обеспечивается экономическая эффективность охлаждения ротора двигателя. В соответствии с заявляемой конструкцией отсутствует необходимость динамической балансировки ротора. Теплопередача и нагрузка двигателя осуществляется за пределами действия радиации, что повышает его безопасность и надежность.

Изобретение относится к физике, к прямому преобразованию энергии излучения радиоактивных изотопов и отходов ядерных реакторов в механическую энергию вращения и может быть использовано в качестве силового привода различных механизмов. Технический результат состоит в повышении эффективности охлаждения и упрощении эксплуатации путем и исключения необходимости в динамической балансировке и осуществления теплопередачи и нагрузки за пределами действия радиации. Радиационно-магнитный двигатель содержит радиационно-защитный статор с постоянным магнитом, средства отвода тепла охлаждающей жидкостью. Система изменения магнитных свойств ротора выполнена в виде двух полуцилиндров на общей оси, один из которых прозрачен для радиоактивного излучения от источника, расположенного в центре полуцилиндров, а другой является его экраном. Ферромагнитный ротор из радиационно-чувствительного материала выполнен в виде неподвижного трубчатого змеевика, плотно сопряженного с внутренней поверхностью статора и заполненного охлаждающей магнитной жидкостью в виде суспензии радиационно-чувствительных частиц редкоземельных ферромагнетиков и радиационно-стойкого жидкого теплоносителя, который непосредственно сообщается с закрытым гидроприводом, включающим гидроаккумулятор, радиатор охлаждения и лопастную турбину либо объемный гидродвигатель, кинематически связанные с полезной механической нагрузкой. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Радиационно-магнитный двигатель, содержащий радиационно-защитный статор с постоянным магнитом, размещенный внутри него ферромагнитный ротор, выполненный с использованием радиационно-чувствительного материала, средства отвода тепла охлаждающей жидкостью и систему изменения магнитных свойств ротора, выполненную в виде двух соединенных и соосно размещенных на общей оси полуцилиндров, один из которых прозрачен для потока элементарных частиц источника радиоактивного излучения, расположенного в центре полуцилиндров, а другой является его экраном, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде неподвижного трубчатого змеевика, размещенного с коаксиальным зазором вокруг полуцилиндров и возможностью плотного сопряжения витков змеевика с внутренней поверхностью статора, и заполненного охлаждающей магнитной жидкостью в виде суспензии радиационно-чувствительных частиц редкоземельных ферромагнетиков и радиационно-стойкого жидкого теплоносителя, который непосредственно сообщается с закрытым гидроприводом, включающим гидроаккумулятор, радиатор охлаждения и лопастную турбину либо объемный гидродвигатель, кинематически связанные с полезной механической нагрузкой.

2. Радиационно-магнитный двигатель по п.1, отличающийся тем, что система изменения магнитных свойств суспензии редкоземельных ферромагнетиков снабжена самотормозящимся червячным редуктором со штурвалом управления его мощностью.