Магнитно-тепловой двигатель Советский патент 1987 года по МПК F03G7/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к магнитно-тепловым двигателям, н которых магнитный момент на роторе образуется за счет изменения намагниченности термомагнитных элементов при на- |реве и охлаждении, и может быть ис- гюлыовано Е составе стационарных и пе- реднижиых силовьгч установок.

Целью изобретения является повышение мощности путем использования для увеличения магнитного момента ротора дополни- намагничивания массы корпуса.

На |{)иг. 1 изображена принципиальная схема 11ред,1агаемого двигагеля; на фиг. 2 - 11ред, 1а1 аемый двигате.1ь с исходным поло- Ж1Ч1ие 1 j.ieMeHTOB перед началом работы, вид в аксонометрии; на фиг. 3 один из м;и |-к1)н магнитной цепи предлагаемого дви- 1,1 ммя. pai|H , ;io машптам ро юра и термо- м.:г iUi I Hi,iN .leMCinaM корпуса.

агнит111 -те||. |ов()1 .ль содержит .jijjiiyc 1 ап1),1е1П:Ыми в нем неподвижными посгпяииыми ма1 нигами 2 и термомаг- чшиыми (.1емептами 3 (i в виде Ten;ioBi)ix г|)уб. В корпусе 1 па подшиппиках 7 установим MaiiinTiUiiM югор 8, па кого1 )ом усга- I Dii.iCHiii .чопо. ппгге.и.пые постоянные магни- 1Ы 12 1() одному на кажд(1Й ;),1емеит Л fi соогвегсгЕНМПЮ. . VlaE UHTi, 9 12 вьпюл- iifni.i в зиде секторов 1,3, взаимно сдвину- п,| июль вала 14 отора S и равнораспо- .шжсппых но его ок)уж11ости. Э, 1емен iT,i 3 Г) п|1икрен.1ен1,1 к KOfiiiycy 1 в п,:1оскос 1ч v4 Kri |ioB 13. Корпус 1 в виде выпо. шен- i;iiii И , iai г1и 1оп)()нппаемо1Ч) материа,та Mill ни )()вода образует с пенодвижн1з1ми магнитами 2 машигные пепи в положении секторов 1,4 иапрогив :). |ементов .} Н. Це- подвижпЕ,1е постояппые магпить 2 д,:1я уп- : 1Ч1и 1П1я конст)укп.ип могу 1 б)ГГ1; вьп1(), 1пень1 ш пр1мварите, намагпичеиньгх частей корпуса 1. 11ередпяя 1) и задЕЕИя l(i огюры роюра S (1лпен1, пз iieMarnirrnoro ма- Г1 риа.1а. Те|)момагнптиь1е si, ieMeHTi)i ,3 Г) lii.nio. nieiii.i н виде установ.теишк.х вдоль I раек1))П11 перемещения магиитов 9 12 ду- г()оГ раи1ых пластин 17 из термома нитного Maiepiia.ia, К когорым одними концами при- креп,leiiiii полые герметичные радиальные )ки 18, другими концами закрепленные в корпхс е 1. Трубка 18 вакуумирован1 1, чае- (апо.чнены теп.1оносите,1ем и выгюл- uefii, iii гермомагпитпого материа,:1а, который при нагреве, например, до 100 110°С ManinTHiiie свойства, а при 80 -90°С ,1егко и си,1ьно намагничивается в слабых магпитн1,1х по,тях. Трубки 18 представляют собой )стей|пие тепловые трубЕ) (термо- сифопЕ)1| с зоЕЕами испарения и кондеЕК ации, распо, 1ожепнЕ 1ми соответственно на наружных и EuiyTpenHnx их коЕщах.

( обеих стороЕ) термомагЕЕитЕЕЬЕх элементов ,3 В устаЕЕовленЕ)Е форсунки 19 для под- орячсЕо Eiapa и форсунки 20 Д.ЕЯ ЕЕОД- вода ох. 1аждаю Е1ей ЖЕСТКОСТИ. Форсунки

19 соединены со змеевикоЕи 21, расположенным внутри теплового аккумулятора 22, посредством трубопроводов с установленными в них электро.магнитными клапанами 23. Форсунки 20 соединеньЕ с резервуаром 24 охлаждающей жидкости посредством трубопроводов с установленными в них электро- магЕштньЕми клаЕ1анами 25..

Электромагнитные клапаны 23 (фиг. 2) связаЕЕЫ с расЕЕределителем 26 электроим0

0

пульсов, расположенным на валу 14 ротора 8 и выполненным в виде кулачков 27, вер- Епины которых расЕЕоложены в плоскости враЕцения параллельно осям симметрии ЕЕОстоянных магнитов 9-- 12 ротора 8, взаимо5 действующих с парами коЕЕтактов 28 с неко- торЕ)1м эксЕЕериментально определенным опе- режеЕЕЕ1ем. ЭлектромагнЕЕтные клапаны 25 связаЕЕЕ Е с друЕим (lacEEределителем 29 электроимпульсов, также расположенным па ва,лу 14 ротора 8 и выполненным в виде ку0 ,Еачков 30 ЕЕ Eiap коЕЕтактов 31.

ВьЕк,ЕЮчате, ЕЕ) .32 Е редназначен для одно- времепЕи й подачи электроимпульса на все э, 1ект)омагЕ1итЕ1Е,Ее клаЕ1аньЕ 23 д, ЕЯ их от- крЕ)Пия. ЭлеклроЕЕасос 33 с клаЕЕаном 34 пре де,1Е)ЕЕОЕ о давлеЕЕЕ1я с,тужит для создания необходимого дав,-1еЕ1ия охлаждающей жидкости в системе и для впрыскиваЕЕИЯ ее в змеевик 21 ТСЕЕЛОВОГО аккумулятора 22 через обратЕЕЬЕЙ клаЕтан 35 в моменты, когда давление ЕЕара ниже нормы. Рас0 Еределите. Еьный клаЕ1ан 36 ЕЕОдключен к датчику ,37 темЕЕературы и ЕЕредназначеЕЕ для ЕЕаправлеиия части Еютока охлаждаюЕЕ1ей жидк(к ти в радиатор 38 ГЕО сЕЕГЕЕалу датчика 37. ДатчЕ1к 39 служит для замера давления Eiapa ВЕ1утрЕ1 змеевика 21 н связан с

5 сиЕЛЕальЕюй ламЕЕОй 40. Дроссе, ЕЬЕ1ЫЙ кран 41 1ЕредиазЕ1ачен для регу, Еир()вап(ЕЯ расхода пара, ЕЕОСтупаюЕцего к электромагнитнЕ)1м клапанам 23, К змеевику 21 ЕЕодключеЕ элек- громагнитньЕЙ клагЕан 42, СЕЕабженный ключателе.м 43. Термометр 44 предпазпачен д, ЕЯ замера темЕ1ературЕ)Е термомагнитЕЕЕ)ЕХ э,ЕемеЕ тов 3 -6.

Для накогЕления теЕЕловой энергии в тепловом аккумуляторе 22 установлены электронагреватель 45 и плоская тепловая тру ба 46. Полости вокруг термо.магнитЕЕЫх элементов 3-6 связаны с резервуаром 24 дренажными- трубками 47, Обратный клапан 48 предназначен для обеспечения необходимой величины давления в системе охлаждения. Главный выключатель 49 предназна0 чен для подключения к электроцепи источника 50 тока и связан для совместного управления с выключателями 43, 32 и дросеель- пым краном 41.

Двигатель работает следуюЕцим образом.

5В исходном положеЕ1ии (фиг. 1 и 2) тепловой аккумулятор 22 заряжен тепловой энергией, ротор 8 находится в Еюложении, коЕда один его магнит 9 расЕЕОложеЕЕ иапротив термомагнитного элемента 3, термомагнитные элементы 3-6 холодные (после длительной стоянки). Дроссельный кран 41 закрыт, нар внутри змеевика 21 отсутствует, электромагнитный клапан 42 обесточен и закрыт, главный выключатель 49 выключен. Температура жидкости в резервуаре 24 равна температуре окружающей среды, и по команде датчика 37 радиатор 38 отсоединен от системы охлаждения распределительным клапаном 36.

Запуск двигателя осуществляется рычагом дроссельного крана 41. До начала открытия дозирующего сечения крана 41 включаются выключатели 49 и 43, при этом начинает работать электронасос 33, открывается электромагнитный клапан 42, жидкость из системы охлаждения впрыскивается через обратный клапан 35 в змеевик 21, где под действием высокой температуры тепло- аккумулирующего состава образуется пар с температурой 700-750°С. Когда давление пара достигает заданного значения, срабатывает датчик 39, загорается сигнальная лампа 40 и обратный клапан 35 закрывается.

При дальнейп1ем перемещении рычага дроссельного крана 41 нк,1ючается главный выключатель 32 и одновременно начинает открываться дозируюп1ее сечение, через которое пар, имеюп1ий высокое давление и температуру, устремляется по грубонроиодам к электромагнитным клапанам 23.

Поскольку при включении выключателя 32 открываются все клапаны 23 iiap поступает в форсунки 19 и нагревает все термомагнитные элементы 3 - 6. Прогревшись до температуры вьппе точки Кюри сплава, из которого элементы 3-6 изготовлен1)1, последние теряют свои магнитные свойства, и магниты 9 -12 перестают удерживаться элементами 3-6. При дальнейп1ем движении рычага крана 41 кнопочный выключатель 32 выключается, все клапаны 23, кроме клапана 23 элемента 3, закрываются и пар продолжает поступать только на термомагнитный элемент 3. Ранее включенный э.пек- тронасос 33 подает жидкость к электромагнитным клапанам 25, пройдя через которые распыленная в форсунках 20 жидкость попадает на элементы 4 и 5,так как их клапаны 25 открыты (контакты 28 замкнуты).

После выключения кнопочного выключателя 32 жидкость охлаждает только элементы 4 и 5, а элементы 3 и 6 остаются нагретыми: элемент 3 за счет того, что на Fiero действует пар с высокой температурой, а элемент 6 - из-за остаточной температуры.

Поскольку элементы 3 и 6 нагреты вьипе температуры Кюри сплава, из которого они изготовлены, они не обладают магнитными свойствами и не удерживают магниты 9 и 12 около себя, а элемент 5 не взаимодействует с магнитом 11, так как они в этот момент диаметрально расположены.

Магнит 10, находящийся вб,1нзи KJIOMKH элемента 4, пачипает притягиваться к iioc. ie.i- нему и поворачивает ротор 8 против часовой стрелки (фиг. 2). Магнитное поле посто- янного магнита 10 намагничивает термомагнитный материал элемента 4 и часть корпуса I двигателя. Увеличению си, 1ы притяжения магн-нта 10 к элементу 4 способствует дополнительный постоянный магнит 2 (фиг. 3). д который усиливает магнитный поток в цепи.

После того, как вал 14 ротора 8 iioBefi- нется на 90° и магнит 10 ротора 8 окажется напротив термомагнитного элемента 4, кулачок 27, также повернув1нийся на 90°, : амыкает контакты 28 (вторую пару), в ре5

зультате чего через соответствуюн1ии клапан 23 и форсунки 19 на термомагнитпый элемент 4 начинает поступать пар из змеевика 21, э,1емент 4 п)огре ается ньипе темпе- ратур1 1 Кюри и теряег магнитоле свойства.

Q При этом магнит 10 перестает у;1е|1живать- ся э.чементом 4, но нран1ение porofia 8 iijio- должается за счет взаимо.цчктвия магнита 1 1 с э,пемептом 5. Да, 1ее оннсанньп пикл повторяется с ноочередным и (анм()де11ствнем термомагнитпых э.1е 1ентов 3 ti с магнита5 МП 9 12 ротора Н с iio.iдержанием непре- )ывного вращения ил. i:i 14.

После того, кик ().к-1/к;1июп1ая жидкость нрО1 реегся а счп отбора I en. ia от элементов 3 6 до SO П1) С. (ниже точки

Кк)ри их материала), сраПшыкает датчик ,37 и открывается K.iaiian 3i i. мере который часть жидкости перепускгимся чср.е. ради.ч- I op 38, в резу.чыаге чего );пура жидкости п()ддержииае1ся и n)e.U . 1и S(i 90(.. Так как перепад температур.: между значе5 ииямн 80 90 С (ниже точки Кюрн материала э,1ементов 3 () н 100 С. iiibiHie точки Кю ри) составляет 20 ЗП Г.. ю нгпреи и лажденне э.чементов 3 ( в этом интервале осуществляется за мальи промежуток B|ie0 мени. Гэ1 1строму и равномерному npoipeuy и ох.чажденик) элементов 3 li способствует также их выпо.1ненне виде тен.ювых труб. Когда пар, имеюн1И11 максимальную температуру порядка 700 75(1 С., попа.чаег через форсунки 19 (фи1. 1, 3) на нижние частки

5 трубок 18, тенлопосите.п, вн три пос.кмних в этой зоне испаряется и ею нар .1я- ется вверх в кондс исачии. Конденсируясь на новерхности Ks в зонах кон- денсанни, пар отдает нм CBOI. тепло и нагревает их, нрн этом б,|;иодаря свойству теп0 ,-1овых труб температура «)ны кон.к нсапин нрнб, 1ижается за очень Ma. промежуток временн к температуре «)ны испарения. (1ед- няя зона трубок 18 нодог Н иаек я донолнн- те, 1Ы1о паром из форсунки 19.

Когда ку,пачок 27 размыкает контакты 28. клапан 23 закрывается, H(J о.1аждан - Н1ая ЖНДКОСТ1) не поступает в (|), пока соответствующн магнит 9, 10. 11 и. ш 12 ротора 8 не выйдет из :1опы 1и,-|имодейст1 ия

с соответствующим термомагнитным элементом 3, 4, 5 или 6.

Для увеличения скорости вращения вала 14 увеличивают проходное сечение в дроссельном кране 41, при этом на элементы 3-6 через форсунки 19 подается больщее количество пара с высокой температурой и элементы 3-6 быстрее прогреваются. Для предотвращения чрезмерного перегрева элементов 3-6 температура контролируется термометром 44. При превыщении температуры элементов 3-6 110-120°С прикрывают кран 41 и расход пара уменьщается.

Применение в качестве источника тепловой энергии теплового аккумулятора 22 высокотемпературных промыщленных тепловых отходов, электроэнергии или сконцентрированной солнечной энергии позволит исключить или уменыиить загрязнение окружающей среды.

Формула изобретения

1. Магнитно-тепловой двигатель, содержащий корпус с установленным в нем неподвижным постоянным магнитом, термомагнитные элементы в виде тепловых труб,

-V-i38

33 J

связанные со средствами их нагрева и охлаждения, и установленный в корпусе магнитный ротор, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности путем использования для увеличения магнитного момента ротора дополнительного намагничивания массы корпуса, он снабжен установленными на роторе дополнительными постоянными магнитами - по одному ня каждый элемент, выполненными в виде секторов, взаимно сдвинутых вдоль оси ротора и равнорасположенных по его окружности, элементы прикреплены к корпусу в плоскостях секторов, а корпус в виде выполненного из магнитопроницаемого материала магнитопровода образует с неподвижным магнитом магнитную цепь в положении секторов напротив элементов.

2.Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в магнитопроводе установлено дополнительно не менее одного неподвижного постоянного магнита.

3.Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, неподвижные постоянные магниты выполнены из предварительно намагниченных частей корпуса.

46 21 22 Фиг. 1

фиг. J

И:)()б)С 1Ч ||И1 v;. б. игш..;...ив. п |.-;. ве стационарны.х ii iU pr.i ii:/K ii,ix (.п. i4ii..i 19 yriiiHOBOK и iio.iBo, 1яе i iKiiu.ri . , : i. ,i;iinnoi. гь 11(ц-Г()Я11111 11 магниты 9 12 вьпи i, пимил в ви.и iTKTopon, сдвину 1 ы отнгц и с :.; 0 др I труга B.U), ib оси poio|ia и равпор м Н 1.o/ cllны 110 |)кр /кносги. Э. icAUMi .S I) ; рикрсп.к ны к i-. 1, I hiiii I. |иг: Ч( Ii ; НШ оиро i.ncMori Ма 1Ч |1| ,1. Н1,К магниты 1 рм 1с,1Ы1о на iii i.i ГаКОС НЫНО I 1:4 : . iai НИ 1 Hblii MO .U i: ни г. 11,110 ( и rpiiCI и I. KI : . i .: . I ili I :ii,/h ,h. :iOC 10Я11 1; I ; ii г.. . Н Ч ДВа a; г,I . ca I iBi). :(( Hf, illHH rl) i;i,i : ; i. кип). I - ;....; ixojiiix ca . , ij :ы. Ч 11,1. (Л