Тепловой генератор электрической энергии для космического аппарата

Изобретение относится к электротехнике и может применяться для создания генераторов на космических аппаратах, в которых солнечная тепловая энергия преобразуется в электрическую. Технический результат заключается в снижении удельной массы теплового генератора, обеспечении выработки электрической энергии из солнечной тепловой энергии как при прямом воздействии на него солнечного потока, так и в области тени. Тепловой генератор содержит n объединенных между собой преобразователей тепловой энергии в электрическую, каждый из которых содержит корпус, выполненный из материала с возможностью экранирования электромагнитного излучения, с расположенной внутри электрической обмоткой. Над ней с зазором установлен постоянный магнит с закрепленной над ним теплоизолирующей пластиной и пластиной с высоким значением коэффициента теплового расширения, которая закреплена верхней стороной в корпусе. Изменение ее линейных размеров под действием солнечного теплового потока позволяет изменить величину зазора между постоянным магнитом и электрической обмоткой. Каждый из n объединенных преобразователей тепловой энергии в электрическую может содержать пластины с различными высокими значениями коэффициента теплового расширения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

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.

Известна магнитотепловая энергогенерирующая система (патент РФ №2210839, Н01М 8/06; H02N 10/00; H02N 11/00, опубл. 20.08.2003), содержащая 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 использования 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.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному тепловому генератору электрической энергии для космического аппарата является тепловой генератор (заявка РФ №2010109704, F01B 29/10, опубл. 20.09.2011), включающий цилиндр, в котором размещен поршень и рабочая жидкость, при этом поршень снабжен постоянными магнитами, пересекающими своим полем во время движений поршня электрические обмотки, расположенные вдоль и поперек на стенках рабочего цилиндра, индуцируя электродвижущую силу (ЭДС).

Недостатками известного магнитотеплового генератора являются сложность конструкции, необходимость в блоках подачи и отвода рабочей жидкости, ограниченные функциональные возможности относительно применения на космических аппаратах.

Задача изобретения - упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей теплового генератора электрической энергии для космического аппарата, преобразующего солнечную тепловую энергию в электрическую.

Техническим результатом изобретения является снижение удельной массы теплового генератора электрической энергии, обеспечение выработки электрической энергии из солнечной тепловой энергии тепловым 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 тепловой генератор электрической энергии для космического аппарата, содержащий постоянные магниты, электрическую обмотку, индуцирующую электродвижущую силу, согласно изобретению, содержит n объединенных между собой преобразователей тепловой энергии в электрическую, каждый из которых содержит корпус, выполненный из материала с возможностью экранирования электромагнитного излучения, с расположенной внутри электрической обмоткой, над ней с зазором установлен постоянный магнит с закрепленной над ним теплоизолирующей пластиной и пластиной с высоким значением коэффициента теплового расширения, которая закреплена верхней стороной в корпусе и изменение линейных размеров которой под действием солнечного теплового потока позволяет изменить величину зазора между постоянным магнитом и электрической обмоткой.

Кроме того, каждый из n объединенных между собой преобразователей тепловой энергии в электрическую может содержать пластины с различными высокими значениями коэффициента теплового расширения.

Существо изобретения поясняется чертежом, на котором изображен тепловой генератор электрической энергии для космического аппарата в продольном разрезе.

Тепловой генератор электрической энергии для космического аппарата содержит (чертеж) n объединенных между собой преобразователей тепловой энергии в электрическую, каждый из которых содержит корпус 1, выполненный из материала с возможностью экранирования электромагнитного излучения, с расположенной внутри электрической обмоткой 2, над ней с зазором 3 установлен постоянный магнит 4 с закрепленной над ним теплоизолирующей пластиной 5 и пластиной с высоким значением коэффициента теплового расширения 6, которая закреплена верхней стороной в корпусе 1 и изменение линейных размеров которой под действием солнечного теплового потока 7 позволяет изменить величину зазора 3 между постоянным магнитом 4 и электрической обмоткой 2. Выводы 8 электрической обмотки 2 выведены к внешней стороне корпуса 1.

Тепловой генератор электрической энергии для космического аппарата работает следующим образом.

При поступлении солнечного теплового потока 7 на пластину с высоким значением коэффициента теплового расширения 6 она, нагреваясь, увеличивает линейные размеры, при этом нагрева постоянного магнита 4 не происходит из-за наличия теплоизолирующей пластины 5. Поскольку пластина с высоким значением коэффициента теплового расширения 6 закреплена в корпусе 1 верхней стороной, постоянный магнит 4 движется в сторону обмотки, уменьшая тем самым зазор 3. Вследствие этого индукция магнитного поля в зазоре 3 увеличивается. При прекращении поступления солнечной тепловой энергии, вызванном движением космического аппарата, на пластину с высоким значением коэффициента теплового расширения 6 она, охлаждаясь, уменьшает линейные размеры. При этом зазор 3 будет увеличиваться, а индукция магнитного поля в зазоре 3 уменьшаться. Изменение магнитного поля в зазоре 3 приводит к возникновению ЭДС в электрической обмотке 2. При подключении выводов 8 к нагрузке по электрической обмотке 2 начнет протекать электрический ток.

Итак, заявленное изобретение позволяет упростить конструкцию, расширить функциональные возможности теплового генератора электрической энергии для космического аппарата.

В результате снижается удельная масса теплового генератора электрической энергии 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 теплового генератора электрической энергии не требуется система стабилизации космического аппарата.

1. Тепловой генератор электрической энергии, содержащий постоянные магниты, электрическую обмотку, индуцирующую электродвижущую силу, отличающийся тем, что содержит n объединенных между собой преобразователей тепловой энергии в электрическую, каждый из которых содержит корпус, выполненный из материала с возможностью экранирования электромагнитного излучения, с расположенной внутри электрической обмоткой, над ней с зазором установлен постоянный магнит с закрепленной над ним теплоизолирующей пластиной и пластиной с высоким значением коэффициента теплового расширения, которая закреплена верхней стороной в корпусе и изменение линейных размеров которой под действием солнечного теплового потока позволяет изменить величину зазора между постоянным магнитом и электрической обмоткой.

2. Тепловой генератор электрической энергии по п. 1, отличающийся тем, что каждый из n объединенных между собой преобразователей тепловой энергии в электрическую содержит пластины с различными высокими значениями коэффициента теплового расширения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим термомагнитным приборам на твердом теле, предназначенным для генерации электрической энергии, и может быть использовано в качестве источника питания.

Использование: изобретение относится к области электронной промышленности, а более конкретно к электронным устройствам, работающим на автономном источнике питания, функционирующем за счет использования тепловой энергии, вырабатываемой человеческим телом.

Изобретение относится к физике магнетизма и электронике, к системам, вырабатывающим переменный ток непосредственным преобразованием тепловой энергии внешней среды, например водных бассейнов.

Изобретение относится к электрическим термомагнитным приборам на твердом теле, предназначенным для генерации электрической энергии путем ее непосредственного преобразования из тепловой энергии, и может быть использовано в качестве источника питания электрооборудования.

Изобретение относится к электротехнике, к системам автоматической стабилизации напряжения постоянного тока, вырабатываемого непосредственным преобразованием тепловой энергии внешней среды, например водных бассейнов, и может быть использовано в экологически чистой электроэнергетике.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к электростанциям, работающим на базе глубинного тепла Земли. Петротермальная электростанция содержит скважину, пробуренную до глубины с температурой забоя не менее 600°С, теплоотборную систему, расположенную в скважине, содержащую паровой котел, два присоединенных к нему трубопровода, каждый из которых состоит из отдельных частей, причем части трубопровода для нагнетания воды соединены с частями паропровода для отвода пара жесткими перемычками с образованием секций, при этом часть скважины в зоне расположения парового котла с захватом зоны его разогрева, заполнена водонепроницаемым материалом, остальная часть скважины заполнена породой, поднятой на поверхность при бурении скважины с соблюдением порядка ее расположения в земной коре в месте бурения.

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.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для преобразования тепловой энергии окружающей среды в механическую энергию вращения кольца. В прозрачную цилиндрическую вакуумную колбу помещено вращающееся кольцо с осью вращения, край которого размещен в зазорах постоянных магнитов подковообразной формы, эквидистантно расположенных вокруг него.

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано для преобразования гравитационной энергии в электрическую. .

Изобретение относится к области электротехники и физики магнетизма и может быть использовано при построении модулей стационарных или мобильных энергетических устройств, использующих прямое преобразование тепловой энергии окружающей среды.

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к конструкции гидроэлектрической турбины, содержащей статор и концентрически размещенный внутри него ротор.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкции синхронного генератора с наружным ротором для безредукторной ветроэнергетической установки. Синхронный генератор с наружным ротором содержит статор и состоящий из нескольких частей ротор с независимым возбуждением в виде сегментов, представляющих сердечники с катушками.

Группа изобретений относится к области бурения. Система скважинного электрического генератора содержит удлиненный трубчатый кожух с удлиненной осью, имеющий наружную поверхность и образующий путь потока текучей среды, и поддерживаемый кожухом безлопастный генератор, содержащий по меньшей мере один диск, установленный на приводном вале и имеющий периметр.

Изобретение относится к области устройств, осуществляющих беспроводную передачу сигналов, и может применяться в качестве передатчиков измеренных значений. Технический результат – расширение области применения за счёт обеспечения модульной конструкции.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в гидроэлектрических турбинах. Техническим результатом является обеспечение оптимизации производительности отдельных турбин и группы турбин.

Изобретение касается генератора (1) безредукторной ветровой энергетической установки, имеющего статор (4) и ротор (2), включающего в себя: обмотки (8) статора для создания нескольких переменных токов, в частности, по меньшей мере, трех сдвинутых друг относительно друга по фазе переменных токов, средства (10) выпрямления для выпрямления переменных токов и, по меньшей мере, две сборные шины (12) постоянного тока для сбора выпрямленных переменных токов.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам двигатель-генератор, и может быть использовано при проектировании и производстве источников переменного электрического тока.

Изобретение относится к генератору для безредукторной ветроэнергетической установки, к ветроэнергетической установке с таким генератором и способу возведения ветроэнергетической установки.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроэнергетических системах распределения генерируемой электроэнергии. Техническим результатом является обеспечение эксплуатационной надежности электроэнергетической системы за счет трансформации отношения между тихоходным и быстроходным валами для исключения режима аварийного перехода генераторов в асинхронный режим.

Группа изобретений относится к устройству для генерирования электрического тока бесконтактным способом, осветительной системе и велосипеду, снабженному указанной осветительной системой.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к синхронному генератору (301) безредукторной ветроэнергетической установки (100), содержащему наружный ротор (304) с независимым возбуждением, полюса которого выполнены в виде сердечников полюсных наконечников с обмотками возбуждения, и статор (302), при этом синхронный генератор (301) имеет наружный диаметр (344) ротора и отношение наружного диаметра статора к наружному диаметру генератора больше 0,86, в частности, больше 0,9 и, в частности, больше 0,92. Технический результат состоит в улучшении условий охлаждения и повышении мощности генератора. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может применяться для создания генераторов на космических аппаратах, в которых солнечная тепловая энергия преобразуется в электрическую. Технический результат заключается в снижении удельной массы теплового генератора, обеспечении выработки электрической энергии из солнечной тепловой энергии как при прямом воздействии на него солнечного потока, так и в области тени. Тепловой генератор содержит n объединенных между собой преобразователей тепловой энергии в электрическую, каждый из которых содержит корпус, выполненный из материала с возможностью экранирования электромагнитного излучения, с расположенной внутри электрической обмоткой. Над ней с зазором установлен постоянный магнит с закрепленной над ним теплоизолирующей пластиной и пластиной с высоким значением коэффициента теплового расширения, которая закреплена верхней стороной в корпусе. Изменение ее линейных размеров под действием солнечного теплового потока позволяет изменить величину зазора между постоянным магнитом и электрической обмоткой. Каждый из n объединенных преобразователей тепловой энергии в электрическую может содержать пластины с различными высокими значениями коэффициента теплового расширения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх